晶体硅光伏组件的全寿命周期介绍(2)

3.6 光伏发电系统性能稳定、可靠，使用寿命长

目前世界上普遍认为晶体硅光伏组件的平均寿命是25～30年。这里所说的组件25年寿命期是指组件的功率质保期，即25年后组件的功率不低于初始功率的80%，而不是指组件完全不发电或很少发电。实际上光伏组件效率衰减是一个缓慢的过程，因此光伏组件完全可以在30年甚至更长时间内为人类持续提供清洁电力。

3.7 光伏发电为局地微气候环境改善带来正能量

1)光伏发电系统在自身发电过程中，不但不会对周围环境产生不利影响，还可以对局地微气候环境起到改善作用。光伏组件的遮盖使得光伏电站场内浅层土壤温度保持稳定，土壤水分蒸发量减少，近地表空气昼夜温差缩小，这些空气和土壤、温、湿度条件综合在一起，有助于土壤涵养水分和微生物的滋养，对于改善光伏电站局地生态环境起到了积极作用。

2)光伏发电系统在发电过程中不会对人体产生电磁危害。光伏组件本身在发电时并不产生任何电磁辐射，但是为了将光伏组件所发的直流电转变为交流电并实现和电网的连接，通常需要很多的电子器件，这些电子器件在运行时会产生少量电磁辐射。

这里用光伏发电系统的电磁环境指代存在于光伏系统周边的由于运行产生的电磁现象的总和。

图9 光伏发电为局地微气候环境改善带来正能量

经科学测定，太阳能光伏发电系统的电磁环境低于各项指标的限值，在工频段，太阳能光伏电站电磁场辐射值甚至低于常用家用电器[2]，不会对人身健康产生影响。

4 光伏组件的回收和再利用

太阳能光伏组件的寿命约为25年，随着光伏行业的快速发展，未来会有大量的退役光伏组件面临回收再利用的问题。据研究预测，到2034年，我国将产生至少6万kW的废弃光伏组件。光伏组件中的硅、银、铜、铝等有价值的资源，大部分都能通过回收实现物料循环再利用，可节约资源，减少原生资源的开采及降低资源提炼的耗能，从而减轻由此带来的对生态环境的影响和破坏。因此，光伏组件的回收与无害化处理是当前国际国内产业界和环境界十分关注的问题，对于有效缓解资源供应的紧张及减少环境污染有着重要的意义。

国际上对于光伏组件回收技术的研究已有10多年，欧洲、美国、日本及韩国等国家和地区都积极开展了相关的研究工作。欧盟修订了报废电子电气设备(WEEE)指令，自2014年2月起全面正式生效。WEEE 修订版第一次将光伏组件纳入其中，规定报废的光伏组件和家用电器作为一类产品进行强制回收处理。因此，国际上对于光伏组件回收的技术和政策都有了一定基础。在我国，随着近几年光伏行业的迅猛发展，光伏组件回收的技术和政策体系也逐步受到关注。科技部和环保部都于近期部署了相应的研究项目开展工作，致力于探索能耗低、污染小、经济可行的光伏组件回收再利用技术路径。图10为晶体硅光伏组件全生命周期示意图。

图10 晶体硅光伏组件全生命周期示意图

光伏组件的回收处理方法有热分解法、无机化学法、有机化学法和深冷静电分离法等。其中，热分解法与无机化学法的有机结合是较常用的方法，目前已经应用于工业化生产当中。

热分解法是将光伏组件放入加热炉中，通过一定的温度控制，使EVA和背板材料分解去除，可有效分离硅电池、金属边框、钢化玻璃和镀锡铜线，对剩余的每部分材料分别回收处理。无机化学法主要是对硅电池进行资源化回收，通过酸碱作用，可分步回收电池中的铝、银金属，再去除硅表面的杂质，得到高纯度的多晶硅，实现太阳电池高纯多晶硅的再生利用。

2012 年，中国环境科学研究院采用热分解法实现了对光伏组件的拆解回收，如图11所示。

拆解后可回收的资源如图12所示。

图11 热分解法对光伏组件的拆解回收

图12 拆解后可回收的资源

5 节能减排

5.1 能量回收期

即光伏发电系统几年内就能将自己生命周期内消耗的能量回收回来。光伏系统的能量回收期不仅考虑了光伏制造过程的能源消耗，也考虑了除光伏组件外其他部件的能量消耗。显然，回收期越短越好。

能量回收期是判断可再生能源的指标之一。欧洲光伏产业协会EIPA 的研究表明，根据光伏系统的类型和安装位置，不同类型的光伏系统的能量回收期为0.5～1.4年[3]。

根据南开大学最新一项关于我国晶体硅光伏系统能量回收期的测算结果[4]：我国多晶硅光伏系统的能量回收期为1.6～2.3年。

图13 能量回收期的测算方法

5.2 节能减排潜力

光伏发电过程中不会排放温室气体和其他废气、废水，光伏电力是真正的环境友好型绿色电力。

美国可再生能源国家实验室(NREL)基于对13个不同类型的多晶硅光伏系统(欧洲2005～2006年制造水平)的全生命周期CO2排放的研究，在太阳辐射量为每年1700 kWh/m2、系统寿命为30年、组件效率为13.2%～14.0%、系统发电效率为75%～80%的条件下，得出结论，多晶硅光伏系统全生命周期内，每发电1 kWh，产生的CO2的平均值为45 g；而以煤为原料的火力发电全生命周期内，每发电1 kWh，产生的CO2的平均值为1000 g[5]。

根据环保部2012年环保公益性行业科研专项“新能源行业环境影响和管理研究”成果显示(我国2012～2013年制造水平)，在太阳辐射量为每年1700 kWh/m2、系统寿命为30年、组件效率为13.2%～14.0%、系统发电效率为80%的条件下，多晶硅光伏系统全生命周期内，每发电1 kWh，产生的CO2的平均值为31 g；而以煤为原料的火力发电全生命周期内，每发电1 kWh，产生的CO2的平均值为1149 g。

同时研究结果还显示，安装1 m2太阳能光伏组件替代火力发电，可减少7412 kg CO2排放，减少4.8 kg PM2.5排放量。形象地说，安装1 m2太阳能光伏组件相当于每年植树造林约2.8棵，减少行车3.5万km(国Ⅳ标准)；30年内植树造林100 m2，减少开车百万km。

图14 光伏电力是真正的环境友好型绿色电力

5.3 荒漠资源潜力

我国约12%的国土面积为不能用于耕作的沙漠、戈壁和滩涂，总面积约为128万km2。其中，戈壁面积为57万km2，开发利用5%的戈壁面积可安装超过15亿kW的太阳能光伏发电系统，按照我国戈壁地区平均年等效利用小时数1600 h计算，则年发电量可以达到2.4万亿kWh，约相当于27.5个三峡电站的全年发电量[6](按照三峡电站2015年全年发电870亿kWh估算)。

图15 荒漠资源潜力

5.4 建筑资源潜力

图16 建筑资源潜力

按照国家住宅与居住环境工程技术研究中心推算数据，2020 年我国建筑总面积将达到700亿m2。其中，可利用的南墙和屋面面积为300亿m2，按照可利用面积的20%用于安装光伏系统计算，则届时可安装光伏的面积约为60亿m2。根据每20 m2安装1 kW光伏系统进行计算，2020年建筑光伏系统最大装机容量可高达3亿kW。由于80%的屋面面积位于我国中东部地区，因此，建筑光伏的主要建设区域在中东部地区。按照中东部地区年平均等效利用小时数为1300 h计算，2020年建筑光伏年发电量约为3亿kW×1300 h=3900 亿kWh，约相当于4.5 个三峡电站的全年发电量(按照三峡电站2015年全年发电870亿kWh估算)。

5.5 投资回收期

对于分布式光伏系统，一般家庭分布式光伏发电系统安装容量为3～10 kW，按成本为6～7元/W来计算，系统投资为2万～7万元。根据光照条件、用户侧电价、补贴及系统成本的不同，约10年即可回收成本；按照光伏系统的寿命期25年计算，余下的15年间所产生的电量收入会成为利润。对于安装在普通工商业用户的分布式光伏系统，因为其享受的电网零售电价较普通居民用户要高，在现有分布式电价补贴机制下，其系统投资回收期更短，约为8年。

对于大型光伏电站，按照初投资6500元/kW计算，在标杆上网电价为0.65元/kWh的太阳能资源Ⅰ类地区，如我国西部甘肃、青海、新疆等省份，年等效利用小时数为1500 h，投资回收期约为6年；按照光伏系统寿命期25年计算，余下的约19年所产生的电量收入会成为利润。

图17 投资回收期

5.6 我国太阳能“十三五”发展规划

图18 中长期光伏发展规划目标

在欧洲，自2010年起光伏发电已经成为第一大新增装机电源，预计到2030年，欧洲光伏累计装机容量将达到3.97亿kW，其发电量可满足欧洲15%的用电需求，相当于减少5亿t/年原油消耗量。美国计划在2020年前实现太阳能发电成本与传统能源可竞争，2030年光伏累计装机容量达到3亿kW，发电量可满足美国11%的用电需求。2050年，预计欧美光伏累计装机容量将超过15亿kW，发电量可满足其30% 的用电需求，光伏发电将成为全球主要能源之一[7]。

根据国家能源局2017年1月发布的《能源发展“十三五”规划》及《可再生能源发展“十三五”规划》，到2020 年光伏累计装机将达到1.1亿kW，预计2030 年、2050年我国光伏累计装机容量将分别达到4亿kW和10亿kW。