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为什么太阳能面板回收很重要

发布时间:2019-12-03 19:19人气:

  根据SEIA的数据,太阳能行业的增长一直是令人难以置信的可再生能源成功的典范,过去十年的平均年增长率为59%。到2023年,预计每年将安装超过14GW直流光伏容量。假设平均面板尺寸为295瓦,则每年超过6400万面板!
 
  尽管这种增长作为应对气候变化和减少空气污染物的一种手段,对环境而言是一个巨大的福音,但太阳能潜在的负面环境影响仍未得到解决。当太阳能电池板达到使用寿命时,这种庞大的供应量将会发生什么?
 
  如果没有用于可持续管理太阳能电池板废物的系统,这将成为重大的环境挑战。但是,积极实施太阳能电池板回收流程可以带来商业利益以及环境可持续性。
 
  为了更好地了解此问题的重要性,正在做的事情以及该行业如何受益,AuroraSolar与哥伦比亚大学生命周期分析中心的VasilisFthenakis博士和MichaelGinsberg进行了交谈。
 
  VasilisFthenakis博士,哥伦比亚大学生命周期分析中心创始人,太阳能电池板回收专家VasilisFthenakis博士是哥伦比亚大学地球与环境工程系生命周期分析中心(CLCA)的创始人兼主任。他还是布鲁克海文国家实验室(BNL)的名誉退休科学家,在该实验室进行了36年的研究,并领导了国家光伏(PV)环境研究中心。他的研究是将可再生能源技术与常规能源选择进行比较的学术领域的重要组成部分,并且正在帮助太阳能大规模渗透到欧洲和美国的电网中。他目前的一些研究重点是确定具有成本效益的太阳能回收方案。
 
  迈克尔·金斯伯格(MichaelGinsberg)博士哥伦比亚大学的候选人,分享有关太阳能电池板回收的见解MichaelGinsberg是一名博士学位。哥伦比亚大学工程与应用科学学院Fthenakis教授小组的候选人。他曾担任美国国务院关于能源外交问题的能源管理培训师和政策顾问。通过他的MasteringGreen公司,他为纽约市市长的可持续性和长期规划办公室以及联合国开发计划署提供了有关纽约市和西非气候变化适应措施的建议。
 
  AuroraSolar的GwenBrown:为什么太阳能电池板的回收对于太阳能行业乃至整个社会来说都日益重要?
 
  Fthenakis:一个重要的原因是光伏电池的数量正在增加,因此,建立一个用于面板寿命终止管理的系统变得越来越重要。随着大型安装和大量面板使用寿命的到来,这样做的必要性将变得更加明显。对于住宅系统,业主将希望对屋顶上的模块进行某些处理,并会寻求处置它们的途径。这已经成为一种必要。
 
  其次,太阳能电池板中含有一些有毒元素,因此必须负责任地进行管理。第三,太阳能板包含相对稀有的高价值元素。当它们被回收时,它通过产生次要的有价值的材料流来增强光伏的可持续增长。这样,回收可以帮助缓解面板价格的压力。
 
  公用事业规模的太阳能发电厂近年来安装的太阳能电池板数量巨大,因此制定适当的回收计划对这些电池板使用寿命终止时的可持续管理尤为重要。
 
  布朗:对于太阳能制造商来说,将回收实践纳入其业务运营有哪些优势?
 
  Fthenakis:一个是营销优势。客户和利益相关者希望光伏的整个生命周期对环境有利。当太阳能电池板运行时,它们显然对环境有利,特别是如果它们取代了其他肮脏的发电系统。但是,面板的报废管理是光伏技术对环境的唯一负面影响,在美国尚未真正解决。因此,从营销和公共关系的角度出发,解决此问题非常重要。
 
  其次,法规是可以预期的。尽管我们不知道何时,但我们希望美国能像欧洲那样在某个时候制定有关太阳能废物管理的法规。如果该行业积极进取,它将可以超越法规。行业利益相关者将能够以他们认为最有效的方式来计划回收计划,而不是以监管者可能执行的方式。
 
  制造商的第三个好处是,他们可以获取可用于光伏制造的相对稀有元素的价值,例如,结晶硅面板中的银;薄膜中的碲,铟,镓,锗。这些类型的稀有元素将需要在整个世纪的生产中得以维持。
 
  布朗:鉴于不同类型的面板所需的某些稀土金属供应有限,从长远来看,回收对于保护不同类型的太阳能面板的供应链是否重要?
 
  Fthenakis:到本世纪中叶,随着预期的增长,回收对于太阳能电池板供应链将变得非常重要。预测表明,从本世纪中叶开始,次要流可能与主要流一样大。有两个原因;其中之一就是大量的太阳能装置即将达到其使用寿命。其次,到那时,用于太阳能电池板生产的许多重要元素(如锌和铜)的初级生产将达到顶峰。
 
  为了维持从化石燃料到可再生能源的过渡,以太阳能为主要成分,太阳能产业将需要在本世纪末之前保持增长。如果不回收这些材料,则可能无法回收。从2035年开始,回收将成为必需,不是立即,而是从现在开始。
 
  资源可用性是太阳能面板回收对太阳能行业成功至关重要的原因之一。该图表显示了碲的消耗量,碲是薄膜太阳能电池板的关键元素。
 
  薄膜太阳能电池板中使用的碲是一种元素的例子,其供应将在未来几十年达到顶峰。该图显示了铜冶炼厂(虚线;到2055年达到峰值)中光伏的碲可用性预测,以及铜冶炼厂和报废光伏组件的回收(实线;持续上升趋势直到2095年)的碲可用性预测。每对中的红色和蓝色曲线分别对应于高和低投影。注意:非光伏用途的碲需求量为322吨/年。资料来源:Fthenakis,V.(2012)。用于将薄膜光伏电池扩展到兆瓦级的可持续性指标。MRS公告,37(4),425-430。doi:10.1557/mrs.2012.50。
 
  布朗:目前太阳能电池板回收有哪些障碍?它们是主要的技术障碍,还是与将回收整合到业务运营中的过程有关?
 
  Fthenakis:对于已建立的技术(单晶和多晶硅以及碲化镉),没有技术障碍。有经过测试的成熟技术表明,可以有效地完成面板组件的分离,并且可以取出材料并以不同的方式重复使用。对于诸如有机物和钙钛矿之类的新技术(某些使用更多奇特材料的光伏技术),尚未建立回收技术。总体而言,问题不是技术性的。分离的可行性已被证明。
 
  成本仍然是一个问题。由于光伏在价格上与廉价的常规能源竞争,因此成本非常非常重要。这不像回收昂贵的电子产品那样,在价格中可以吸收额外的费用。此外,由于来自中国的廉价光伏大量涌入,制造商承受着降低成本的压力,这大大抑制了利润率。结果,尽管业内许多人意识到这是必要的,但我们在美国还没有一个行业范围的计划。
 
  但是,太阳能回收并不一定是昂贵的。只要有足够的数量,并且从调试,运输到恢复的活动都经过精心计划,它就可以增加价值。
 
  金斯伯格:我们现在要问的主要问题是:“我们如何实现收入最大化和成本最小化?”通过捕获高价值元素(例如碲化镉模块中的碲)来实现收入最大化。正如Fthenakis博士所说,分离的可行性已得到证明。Te在布鲁克黑文国家实验室(Cd)的工作中,以1美分/Wp的项目成本完成了Te的提取和分离。
 
  现在,在最小化成本中,我们必须最小化收集成本。在哥伦比亚生命周期分析中心,我们通过生命周期评估来研究材料收集的成本。我们关注的重点之一是逆向物流,包括查看收集模块的基础架构。当前,制造商能够分发但不一定要收集。我们在中心所做的许多工作都在寻找确定某些盈亏平衡点,以使太阳能回收有利可图。
 
  Stack_of_Solar_Panels最大限度地减少收集模块以进行回收的成本是一个领域,在这一领域中,需要进行更多的工作才能实现太阳能电池板的回收和具有成本效益。
 
  布朗:您提到欧洲已经采取了全行业的太阳能电池板回收行动。与欧盟等其他市场相比,美国目前的太阳能回收利用前景如何?为了在美国实施太阳能回收,在商业上做了什么?
 
  Fthenakis:在欧洲,由于废旧电子电气设备(WEEE)法规强制要求在使用寿命结束时回收光伏电池,自2012年以来,太阳能电池板的回收已成为强制性要求。欧盟的行业积极进取,并成为“好公民”,并在一定程度上预期法规的要求,于2007年启动了一项名为PVCycle的全行业非营利计划。目前,该计划可帮助行业遵守WEEE法规。它运营着用于收集和指定回收工厂的仓库。这是欧洲独有的。
 
  在美国(以及亚洲和其他大洲),我们没有这样做。该行业正在使用承包商-大多数是金属回收承包商。一些大型制造商,例如FirstSolar,都有自己的回收计划。FirstSolar正在内部管理回收;他们开发了这项技术,部分是基于我在布鲁克海文国家实验室工作获得的专利。其他人正在使用承包商,将退役的模块发送给这些承包商。
 

 
  金斯伯格(Ginsberg):在美国,与太阳能电池板废物管理有关的主要法规是联邦《资源保护与回收法》(RCRA)。国家政策各不相同,因此在州一级没有统一的标准。根据RCRA,光伏组件可能被发现是危险废物或“通用”废物,因此要遵守不同的处理要求。
 
  Fthenakis:有一项测试可以确定用过的模块是否为危险废物。这称为毒性特征浸出程序(TCLP),适用于联邦一级。当前生产中的大多数光伏产品都通过了此测试,该测试寻找的材料包括镉和其他几种材料。但是加利福尼亚有更严格的测试。
 
  此外,最近在加利福尼亚通过的一项法案SB-489将光伏技术指定为通用废弃物。这意味着报废模块将需要专门的处理人员处理,例如家庭危险废物处理设施,“随身携带伙伴”或收集活动,通用废物运输工具或通用废物目的地设施。
 
  布朗:您想与读者分享有关太阳能电池板回收的其他最终想法吗?
 
  Fthenakis:我鼓励太阳能安装商与供应商沟通,需要进行回收计划。客户将越来越需要它。
 
  金斯伯格:元素分离的工作已经完成。除了对稀有元素的需求不断增长,必须重新使用它们之外,我们还需要收集基础架构范例,以确保制造商的获利能力,从而使输出材料的收益大于模块的接收,加工和库存成本。必须向模块供应商施加压力,以建立这些光伏回收中心,并证明它们积极参与回收利用。
 
  Fthenakis:而且,当太阳能客户询问系统寿命结束时会发生什么变化时-因为投资光伏的人们往往具有环保意识-种植回收计划的种子来解决这些问题将很有价值关注。
 
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