光伏组件作为光伏发电的核心设备,其质量的重要性不言而喻。光伏组件的质量问题可能导致功率输出下降、损失电量和缩短使用寿命等问题。因此,光伏组件的质量问题一直倍受关注,并且经常受到质疑,尤其是在市场上存在着大量低质量、劣质的组件的情况下。
光伏组件的寿命受到多方面因素的影响,其中主要原因包括光伏电池效率的逐渐下降、组件焊接失效、组件内部连接带断裂、热斑损坏、恶劣气候和强光暴晒。不同材料的光伏电池寿命也有所不同,晶硅光伏电池的平均寿命约为25-30年,非晶硅光伏电池的平均寿命约为15-20年以上,而其他材料的光伏电池寿命可达20-30年左右。
影响光伏组件寿命的几个原因,我们一个一个聊,首先是光伏电池效率衰减。非晶硅光伏组件的效率衰减速度较快,一般平均为0.5-1%左右,甚至有些在一个月内就能达到15%,但后期衰减速度逐渐趋于稳定。这种衰减主要由两方面原因造成,一方面是电池片本身性能衰减,另一方面是玻璃表面形成的水垢等钙化层等问题降低了光的透过率,从而影响了光伏组件的效率。
其次是组件内部电池脱焊。组件内部电池脱焊是导致组件彻底报废的原因,有部分生产厂家的产品由于太阳电池片之间的间距设计不合理或焊接质量不良,组件白昼间温差使焊带和电池之间每天都要经历热胀冷缩的运动,再加上光伏组件电流比较大,就会发生局部脱焊,最终导致焊带和电池片焊接脱焊而导致组件报废。
第三点是温度差造成组件内部连接焊带断裂。太阳能光伏组件在工作环境恶劣的情况下,日温差可达-30~+70℃的大跨度变化,这会给组件内部的铜带连接带带来巨大的热胀冷缩应力,从而导致焊带内部连接处断裂,影响光伏组件的使用寿命。此外,太阳电池板的位移也可能会导致焊带的弯曲和拉伸,进一步加剧焊带的断裂风险。
最后,恶劣气候也会影响光伏组件的寿命。恶劣气候条件对光伏组件的损耗是不可避免的,如白昼、东西温差、风沙、雪荷载等都会影响组件的性能和寿命。
因此,为延长光伏组件的使用寿命,需要在制造、安装和运行维护过程中严格控制各项因素,例如选择高质量材料和生产工艺、增强组件的防水、防尘和防腐蚀能力、保持组件的正常运行温度和电压范围,同时定期清洁、维护和检查光伏组件,避免恶劣气候和强光暴晒对组件的损坏。
那么如果光伏组件退役之后,应该怎么办呢?
2023年1月,工信部等六部门就发布了《关于推动能源电子产业发展的指导意见》,进一步要求加快构建光伏供应链溯源体系,强调推动光伏组件回收利用技术研发及产业化应用。
中国光伏行业协会也发布了《关于筹备成立中国光伏行业协会光伏组件回收工作组及征集工作组成员的通知》。《通知》指出,废弃光伏组件的回收与无害化处理,已成为目前亟需提前布局加以解决的问题。为推动光伏组件回收工作,助力组件回收技术进步和产业化发展,经研究,中国光伏行业协会拟筹备成立光伏组件回收工作组。政策的密集发布、技术研究的持续推进,使得光伏组件回收这一环节已经成为光伏产业全链路绿色化的最后一块拼图。
据国际可再生能源机构预测,2030年,全球光伏组件回收将达800万吨左右;2050年,全球预计将有近8000万吨光伏组件进入回收阶段。中国从2025年起将开始产生大批量退役光伏组件,2030年需要回收达150万吨的光伏组件,在2050年这一数字将达到约2000万吨。因此,吸引了多家企业布局光伏组件回收行业。
规模的剧增,是过去几十年间我国光伏产业快速发展的一大特征。作为推动实现“碳达峰”、“碳中和”目标的重要产业,光伏行业承担着助推我国能源结构转型的重要任务。且从整个产业链条上看,一个关键时间点的提前正在酝酿一个千亿级市场——光伏组件大规模应用必然会催生产品升级、寿命到期的问题,25年的设计寿命窗口期正在迫近。
中国绿色供应链联盟光伏专委会光伏回收产业发展合作中心秘书长吕芳此前在接受媒体采访时表示,随着近年来中国市场的发展以及技改项目等因素,实际数据应该更大,高峰时间将来得更早。
她在近期出席的一场行业论坛上指出,我国退役组件已经被定义为新兴固废,光伏回收作为一个新兴产业正在出现。未来三年,光伏回收产业将形成真正的蓝海。同时,光伏回收将成为全生命周期绿色属性和国际市场准入的重要指标。
如果以十年为一时段,纵览中国光伏产业规模化发展的节奏,其速度无疑是惊人的。2022年,中国光伏年新增装机量为87.41GW。十年前,这一数据仅为4.5GW。
不可否认的是,规模化的高速发展、新技术的快速更迭让我国已经成为光伏大国、光伏强国。然而,规模化亦是一把双刃剑——随着产量、应用的快速提升,我国光伏组件报废量正在以每年快于30%的增速而扩大,光伏组件回收高峰时间将提前到来。
与此同时,光伏组件回收带来可见的经济效益和生态效益,使得这一环节可形成新兴产业的论断得以成立。
根据中国再生资源产业技术创新战略联盟测算,晶体硅光伏组件中玻璃、钢、铝和半导体材料比重可达90%以上,另外还含有约1%的银等贵金属。若退役光伏组件能得到全量回收,到2030年可从中得到145万吨碳钢、110万吨玻璃、54万吨塑料、26万吨铝、17万吨铜、5万吨硅和550吨银。
此外,PowerLab项目组在其发布的 《可再生能源零废未来:风电、光伏回收产业发展研究》报告中指出,1kW光伏板(约79.2kg)在生产过程中会产生428.8kg的碳排放,若不考虑废弃物处置与回收再利用过程中的碳排放,每全量回收再利用1吨退役光伏组件,大约可减少5.41吨二氧化碳排放。
在国际上,也有不少国家已经开始了光伏组件回收产业的建设。比较典型的有2007年,在中国光伏大步迈向新时代的背景下,中国光伏也面临第一批组件逐渐老化进入报废的历史转折期。目前国内并没有明确老化组件归属的相关政策,以及处理组件责任的法律法规。现有的光伏组件回收业务,也只停留在废品回收交易的阶段。中国的低碳发展不仅要保证光伏发电端的稳定性,同样要保证光伏组件全生命周期对于中国“3060”双碳目标的影响,因此光伏组件回收是光伏行业内外必须要面对的棘手问题之一。
2023年1月,韩国贸易、工业和能源部批准了新的太阳能组件回收计划。该计划旨在鼓励太阳能设备制造商对组件进行重复使用,同时,该计划还在生态保证系统框架下引入了认证程序,以减少有害物质使用。该国政府预计,到2025年韩国将产生1222吨太阳能组件废料,到2032年则将达到9632吨。
光伏组件回收的重点是,建立一个成熟的可持续发展模式。有了这样的前提,有技术储备的组件企业,才可以在中国光伏组件进入到回收高峰之时,有能力且有意愿去支持国家的光伏组件回收事业,进而助力整个光伏行业的蓬勃发展。
目前,建立可持续、成熟的光伏组件回收体系仍需要一定的时间和努力。政府部门已经出台相关政策和协调措施,行业协会也制定并推行行业标准和责任细节。在这个过程中,光伏产业的龙头企业应该扮演模范和领导者的角色,发挥话语权和领导力,推动更多的企业采用“光伏组件全生命周期”管理模式,并探索组件回收领域的潜在市场价值,为完善我国光伏绿色产业链的最后一环做出贡献。
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