為了減少全球變暖的影響,世界上許多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)并使用可再生能源來(lái)減少溫室氣體排放。在這方面,歐洲聯(lián)盟(EU)發(fā)揮了帶頭作用,到2020年將碳排放降低20%,這是大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家都追求的高目標(biāo)。采取的眾多選擇之一是用太陽(yáng)能替代化石燃料??梢酝ㄟ^(guò)通過(guò)熱質(zhì)或光伏(PV)設(shè)備捕獲太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生電(Desideri等,2013)。根據(jù)美國(guó)能源部提交的白皮書(shū)(美國(guó)能源部,2010年),光伏技術(shù)在過(guò)去十年中已有顯著進(jìn)步,大大降低了太陽(yáng)能電池的制造成本,從1990年代后期的8美元/瓦降低到了8美元/瓦。美國(guó)的公用事業(yè)規(guī)模系統(tǒng)的價(jià)格在2010年將低于$3.50/W。歐洲($5.00/W),中國(guó)($4.42/W)和日本($5.02/W)的安裝成本與美國(guó)的公用事業(yè)規(guī)模項(xiàng)目的安裝成本相當(dāng),盡管對(duì)于小型住宅應(yīng)用而言,安裝成本通常更高(Branker等,2011)。根據(jù)Razykov等。(2011年),光伏發(fā)電市場(chǎng)目前以并網(wǎng)住宅系統(tǒng)為主(>40%)。模塊價(jià)格在$3.0–4.5/peakwatt范圍內(nèi)(系統(tǒng)價(jià)格在$5–7/W)。美國(guó)能源部預(yù)測(cè),到2015年,太陽(yáng)能的成本將降低至公用事業(yè)0.06美元/千瓦時(shí),商業(yè)0.08美元/千瓦時(shí),住宅應(yīng)用0.10美元/千瓦時(shí)(Razykov等人,2011年)。這應(yīng)該鼓勵(lì)其他許多國(guó)家通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電來(lái)補(bǔ)充其能源需求(Dincer,2011;Solangi等,2011;Wang和Qiu,2009;Tour等,2011;Liou,2010)。歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)(EPIA)預(yù)測(cè),到2040年,光伏能源可能占世界電力需求的14%(Marwede和Reller,2012年)。
在光伏面板的使用壽命中,功率容量可能會(huì)降低20%。在初的10到12年之間,效率的降低幅度為10%,而達(dá)到25年時(shí)的效率降低幅度為20%。這些數(shù)字由大多數(shù)制造商保證。
盡管如此,經(jīng)驗(yàn)表明,實(shí)際上,效率在25年后僅下降6%至8%。因此,太陽(yáng)能電池板的使用壽命可能比官方規(guī)定的更長(zhǎng)。高質(zhì)量的光伏面板的使用壽命甚至可以達(dá)到30到40年,盡管功效降低,但此后仍然可以正常使用。
太陽(yáng)能電池板的處置
從法規(guī)的角度來(lái)看,光伏板廢物仍屬于一般廢物分類。一個(gè)的例外是在歐盟層面,其中光伏電池板被定義為存在電子垃圾中的廢棄電氣和電子設(shè)備(WEEE)指令。因此,除其他法律框架外,該指令還規(guī)范了光伏面板廢物管理。
太陽(yáng)能電池制造商受法律約束必須滿足特定的法律要求和回收標(biāo)準(zhǔn),以確保太陽(yáng)能電池板不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。那時(shí),回收太陽(yáng)能電池板的技術(shù)開(kāi)始興起。
光伏生產(chǎn)商與政府機(jī)構(gòu)合作,并提出了解決太陽(yáng)能浪費(fèi)的幾種方法。
太陽(yáng)能板廢料
實(shí)際上,如果不進(jìn)行回收利用流程,到2050年,將有6000萬(wàn)噸的PV板廢物掩埋。由于所有PV電池均包含一定量的有毒物質(zhì),因此這將真正成為一種不太可持續(xù)的能源采購(gòu)方式。
太陽(yáng)能電池板回收流程
太陽(yáng)能電池板有兩種主要類型,需要使用不同的回收方法。兩種類型(基于硅和基于薄膜)都可以使用不同的工業(yè)流程進(jìn)行回收。目前,基于硅的面板更為普遍,盡管這并不意味著基于薄膜的電池的材料就不會(huì)有太大的價(jià)值。
關(guān)于太陽(yáng)能電池板的回收利用的研究已經(jīng)產(chǎn)生了許多技術(shù)。其中一些甚至達(dá)到了驚人的96%的回收效率,但目的是在將來(lái)提高標(biāo)準(zhǔn)。
硅基太陽(yáng)能電池板回收
硅基光伏面板的回收過(guò)程始于拆卸實(shí)際產(chǎn)品以分離鋁和玻璃部件。幾乎所有(95%)的玻璃都可以重復(fù)使用,而所有外部金屬零件都用于重新模制電池框架。其余材料在熱處理單元中于500°C進(jìn)行處理,以簡(jiǎn)化電池元件之間的結(jié)合。由于的熱量,封裝的塑料會(huì)蒸發(fā),從而使硅電池隨時(shí)可以進(jìn)行進(jìn)一步處理。支撐技術(shù)可確保甚至不浪費(fèi)這種塑料,因此可將其重新用作熱源以進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理。
熱處理后,將綠色硬件物理分離。其中的80%可以很容易地重復(fù)使用,而其余的則可以進(jìn)一步完善。硅顆粒(稱為晶圓)會(huì)被酸腐蝕掉。破碎的晶圓將融化以再次用于制造新的硅模塊,從而使硅材料的回收率達(dá)到了85%。