深瞳工作室出品
科技日報記者 王迎霞 策劃 趙英淑 林莉君 滕繼濮
我國現已成為全球最大的光伏組件生產國和光伏發(fā)電應用國。光伏板使用年限在25年左右，從2025年開始將有大批量的光伏組件“退役”，如何不讓“退役”組件回收成為阻礙光伏產業(yè)綠色發(fā)展的“攔路虎”，是擺在全行業(yè)面前的一道必答題。在江西、河北、河南、江蘇、寧夏等地，已有企業(yè)、高校及科研院所行動起來，搶灘布局這一新興市場。
TCL中環(huán)寧夏產業(yè)園屋頂分布式光伏發(fā)電項目。視覺中國供圖
寧夏大學材料與新能源學院研一學生馬潤第一次目睹“大齡”光伏板的現況，深感震撼。
“李進老師帶我們考察了不少光伏電站，光伏板經過多年風吹日曬，表面不同程度地出現了熱斑、蝸牛紋等現象?！?月23日，馬潤和科技日報記者聊起考察的情況時說，“如果熱斑過多，能量向外散發(fā)時會把板子擊穿?！?/p>
經過20多年發(fā)展，我國現已成為全球最大的光伏組件生產國和光伏發(fā)電應用國。然而，當我們盡情享用太陽能這一清潔能源時，是否想過光伏板的壽命只有25年左右？
隨著光伏市場不斷擴大，國際可再生能源機構預測，待到第一批光伏板“壽終正寢”時，中國從2025年開始光伏組件將大批量“退役”。
然而，現實是，廢棄光伏組件的回收產業(yè)尚處于起步階段，國內開展該業(yè)務的企業(yè)寥寥。
該何去何從，這是個問題。
“這項工作再不能耽擱了”
在無垠的沙漠，或在浩渺的湖面，或在連綿的山巒，從高空俯瞰，一塊塊光伏板橫豎排布形成方陣，如同一片藍色海洋，在陽光下熠熠生輝，蔚為壯觀。
四月的西北，乍暖還寒。谷雨前夕，寧夏大學博士生導師、材料與新能源學院教授李進帶著一支由十二三名學生組成的研究團隊，對寧夏回族自治區(qū)內建成15年左右的光伏電站進行了考察。
作為寧夏光伏材料重點實驗室首任主任，李進近年來一直從事太陽能電池晶硅材料研究，積極推動寧夏新能源、新能源材料及低碳能源技術等方面政策的實施。
研究團隊帶著太陽能光伏組件功率IV曲線測試儀、紅外光譜儀、熱成像儀、光澤度儀、分光光度計等設備，足跡由北到南，打算出一份高質量調研報告。
“這項工作再不能耽擱了?！崩钸M神情嚴肅地說。
2030年，全球報廢光伏組件預計約為800萬噸，2050年將達8000萬噸。其中，我國2030年需要回收的光伏組件達150萬噸，2050年約為2000萬噸。
李進告訴記者，光伏組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，主要由玻璃、背板、電池、鋁邊框、銅焊帶和接線盒等組成。各組成部分的多數材質如玻璃、銅、鋁、硅、銀、鎵、銦等可以回收利用，像含氟背板等卻存在回收難、污染環(huán)境的隱患。
廢棄的光伏電站可能造成土地浪費，并對周圍生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重影響。而隨著分布式光伏在國內擴展應用，可能導致部分光伏組件產品使用年限不到25年。即便是大型光伏電站，頻繁更換未到25年壽命的光伏組件，也將產生大批廢棄物。
據測算，我國光伏廢棄物至2027年預計將達到35萬—155萬噸，至2050年達到3350萬噸。它們將分布在7500萬畝的土地上，成為名副其實的“城市礦山”。以往通過掩埋、焚燒等方式處理廢棄組件，自然降解耗時長，對環(huán)境危害大。
寧夏作為我國第一批大規(guī)模實施光伏電站的省區(qū)，如何妥善處理退役后的光伏組件，已經迫在眉睫。
這個地處西北內陸的省份，擁有豐富的風光資源。大部分地區(qū)年太陽總輻射高于5800兆焦/平方米，年平均日照時數在2256.6—3073.7小時，日照百分率在52%—70%。
2022年12月31日，隨著國能寧東第三十四光伏電站成功并網，寧夏電網新能源裝機規(guī)模超過3000萬千瓦，達到3040萬千瓦，裝機占比突破50%，新能源已超越煤電成為寧夏電網第一大電源。寧夏電網也成為繼青海、河北、甘肅電網后，全國第四個新能源裝機占比突破50%的省級電網。
起步于2002年的寧夏光伏產業(yè)，按照光伏組件的使用壽命25年來估算，光伏廢棄物預計2027年達到第一波報廢高峰。
考察時，馬潤和團隊成員先用熱成像系統(tǒng)對光伏板進行檢測，看是否有斑點聚焦，隨后測背板材料到底是聚氟乙烯還是聚氯乙烯，測其功率較出廠時是否衰減嚴重，還測了光伏板的顏色變化以及分散度。
團隊發(fā)現，這些光伏板最突出的問題是蝸牛紋，在每個電站的四角位置和每塊光伏板的中間位置，最為明顯。
“蝸牛紋在電池和組件的生產及應用過程中產生的機理，現在不是特別清楚。”馬潤告訴記者，“但如果它布滿整個屏幕，我們檢測出光伏板的性能不是很好，那么這塊板子必須要換?！?/p>
銀川市第四光伏電站光伏發(fā)電板方陣。袁宏彥 攝
為何鮮有企業(yè)搶占這片“藍?！?/span>
光伏組件退役潮終將來臨，已成為行業(yè)共識。但在當前，國內企業(yè)對退役光伏組件拆解、回收利用的熱情并不高。
5月中旬，某光伏頭部企業(yè)在社交平臺表示，公司在美國合資建設5GW組件工廠，預計今年年底或明年年初投產。而對于光伏組件回收業(yè)務，該公司一位業(yè)務主管向記者透露，“公司提了很久，但到現在都沒有開展此業(yè)務”。據他了解，國內其他幾家知名光伏企業(yè)，也都未開展這項業(yè)務。
在李進看來，這背后其實是有利可圖的。
以200萬千瓦規(guī)模的基站為例，約有500萬塊、10萬噸重的光伏組件，目前收購一塊報廢組件成本約30元。若將光伏組件有效拆解，分離得到玻璃、鋁、高分子背板、硅以及銀、銦、鎵等稀有金屬原材料，僅按原材料價格出售就能賣200元以上。
“由此可知，回收這批光伏組件的市場價值約有10億元，而且這些原材料經過二次加工，還能形成更有價值的產品?！崩钸M指出。
為什么鮮有企業(yè)搶占這片“藍?！保?/p>
“在技術上，他們還沒有非常好的儲備?！鄙虾＝煌ù髮W材料科學與工程學院研究員、中國材料研究學會凝固科學與技術分會理事、寧夏大學材料與新能源學院院長夏明許一語中的。
早在五六年前，夏明許就開始關注首批光伏組件即將“退役”這一問題。
他認為，國內雖然有部分企業(yè)在從事光伏組件回收工作，但延續(xù)的多為家電領域處理方式，僅僅集中運回、簡單破解拆分，把廢料作為建筑材料和填充材料來用。而且由于破解裝置較大，工作時噪聲也大、粉塵污染比較嚴重。
在夏明許看來，這是回收領域的低值利用，“作為初級材料使用，方法比較原始落后”。
光伏組件拆解難度大，正是企業(yè)駐足觀望的原因。
“大家之所以不做，是因為國內還沒有成熟的拆解工藝?！睂幭膬|能固體廢棄物資源化開發(fā)有限公司財務總監(jiān)袁志武直言不諱。
目前，國內組件回收技術尚不夠成熟——熱解化學方法會引起環(huán)境污染，常規(guī)破碎、深冷物理法得到的混合顆粒需經過篩分過程，導致回收材料純度不高，尤其對最有價值的硅材料，很難提純并高值利用。
“由于生產加工時用了很多膠和膜，把單晶硅、多晶硅粘在一起，分解的時候就很困難?！痹疚湔f，因此需要研究新的組件完整拆解工藝，避免難分離、難提純等技術問題。
難的是，光伏組件沒有明確的判廢標準。
盡管2022年1月工信部等八部門聯合發(fā)布了《關于加快推動工業(yè)資源綜合利用的實施方案》，但目前并無專門針對廢棄光伏組件回收處理的專項管理政策。沒有合規(guī)的處理流程，就很難交由第三方處理。
更難的是，組件回收在源頭沒有強制性政策。
“政府還沒有出臺一部有關生產者或運營者責任的政策，這個環(huán)節(jié)完全是缺失的?！毕拿髟S指出，由此導致的后果是，大部分廢棄光伏板要么堆積在電站，要么作為簡單廢料作一般處理。
高運輸成本也是光伏組件回收的一個門檻。有業(yè)內人士鼓勵這項工作在本地域進行，既有地理先決條件，又能避免產生大量運輸費用，然而國內鮮有應者。究其原因，很大一部分是因為光伏組件建在西北地區(qū)或者屋頂，廢棄組件處理雖然從經濟上可行，但如果考慮回收和運輸，不具備可操作性。
這成了一個死循環(huán)。
“道路千萬條，技術第一條”
如何不讓組件回收成為阻礙光伏產業(yè)綠色發(fā)展的“攔路虎”，是擺在全行業(yè)面前的一道必答題。
當前，我國廢棄光伏組件回收產業(yè)尚處于起步階段，面臨政策法規(guī)不完善、回收成本高昂、企業(yè)魚龍混雜等問題，國內沒有形成與之相匹配的回收及處置產業(yè)規(guī)模。
針對多重難題，專家呼吁盡快完善廢棄光伏組件回收“1+N”政策體系，成立專門的回收機構，構建回收體系。
2022年9月20日，工業(yè)和信息化部在“新時代工業(yè)和信息化發(fā)展”系列主題第九場新聞發(fā)布會上表示，要加快修訂完善光伏標準體系，推進光伏組件回收利用、碳足跡核查等公共服務平臺建設。下一步，工信部將加強行業(yè)統(tǒng)籌規(guī)劃，加快推動光伏產業(yè)高質量發(fā)展。
實際上，這并非相關部門首次提及光伏組件的回收利用。
為貫徹落實國務院印發(fā)的《關于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系的指導意見》，工信部等部門發(fā)布了《智能光伏產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021—2025）》，發(fā)改委發(fā)布《“十四五”循環(huán)經濟發(fā)展規(guī)劃》《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》《關于構建市場導向的綠色技術創(chuàng)新體系的指導意見》等政策。
夏明許認為，當務之急是國家出臺相關政策，明確生產者或運營者責任?！熬褪钦f，不管你生產還是運營，必須強制性要求對報廢的光伏板進行回收，而不是隨意擱置在田野里?！彼f。
關于這點，其他國家生產者責任延伸制度可提供很好的借鑒。
這是一種將循環(huán)經濟落實于微觀主體的制度設計，更是一種環(huán)境保護戰(zhàn)略，主要通過將生產者的責任延伸至產品生命周期各個環(huán)節(jié)，特別是產品消費后階段的回收、再循環(huán)和最終處理處置，以促進環(huán)境保護。
“在國內，家電領域早已推行這一制度，但光伏領域還沒有走到這一步?！?018年，夏明許從上海來到寧夏工作，看著漫山遍野的光伏板，緊迫感頓時涌上心頭，他與李進下決心進行探索性研究。
認識有了，行動還要跟上。
袁志武等來自企業(yè)的代表堅信，“道路千萬條，技術第一條”，在光伏組件回收的“最后一公里”，亟待打通的堵點是技術應用。而當前幾種主流回收處置方式均有利弊，技術提升刻不容緩。
然而，技術革新談何容易。不但離不開政策的引導，更離不開相關部門的支持。
彼時，寧夏科技廳正在圍繞自治區(qū)重點行業(yè)發(fā)展情況深入調研，也注意到了光伏產業(yè)升級產生的退役組件資源化利用問題，決定開展有組織的科研活動，找到破題“命門”。
作為中央財政用于支持和引導地方政府落實國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和科技改革發(fā)展政策的共同財政事權轉移支付資金，中央引導地方科技發(fā)展資金項目的使命，便在于此。
“技術不明朗的情況下，企業(yè)一般不會投入過多財力和人力搞研發(fā)，我們從支持高校開始破冰?！睂幭目萍紡d資源配置與監(jiān)督處副處長成蕾坦言。
2021年，李進團隊成功獲批中央引導地方科技發(fā)展資金項目?！跋Ｍㄟ^這筆資金的引導帶動作用，依托東西部科技合作機制，組織區(qū)內外優(yōu)秀科研團隊展開合作，有所收獲?！背衫僬f。
在這一背景下，由李進領銜的退役光伏組件拆解項目應時而生。
向拆解和再利用難題發(fā)起進攻
面向創(chuàng)新的星辰大海，總有人帶頭搏擊風浪。
6月20日下午，安徽滁州，中國光伏行業(yè)協(xié)會光伏組件回收工作組正式成立。來自行業(yè)主管部門、行業(yè)組織、光伏企業(yè)、光伏組件回收企業(yè)代表200余人參加了會議，共同探討光伏組件回收行業(yè)發(fā)展新思路。
在江西、河北、河南、江蘇、寧夏等地，已有企業(yè)、高校及科研院所行動起來，搶灘布局光伏組件回收和拆解這一新興市場。
晶科能源控股有限公司是國內最早一批進行光伏組件回收技術開發(fā)的企業(yè)。其在2021年年報中表示，公司2019年開始搭建和試運行光伏組件回收示范線，并承接“十三五”國家重點研發(fā)計劃“晶硅光伏組件回收處理成套技術和裝備”項目，2022年示范線驗收成功。
2021年12月底，國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司自主開展的“晶硅光伏組件回收產業(yè)化及設備國產化研究”科技項目順利通過專家組驗收，由此宣告我國首條組件回收中試線建成，閉環(huán)形成垂直一體化光伏全產業(yè)鏈。
依托“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目，英利能源發(fā)展有限公司成功研制我國首條基于物理法的晶硅光伏組件回收處理成套裝備生產示范線，打破了關鍵技術長期被國外“卡脖子”的局面，并在河北保定蠡縣智慧光伏產業(yè)園調試使用。
2022年，江蘇常州瑞賽環(huán)?？萍加邢薰九c常州大學、常州工學院等高校合作，針對退役光伏組件拆解利用諸多問題，成功研發(fā)出成套拆解智能裝備與提取工藝技術。目前，首條裝備與全自動物料分選示范線已投用。
既然勇立潮頭，就要有弄潮兒的膽識和身手。
在寧夏大學國家大學科技園中試基地，李進正和學生們進行光伏組件拆解研究。
“拆下來是很容易的，但就像汽車和電視一樣，拆出來一堆一堆的東西，怎么對它進行高附加值利用，這是我們想做的工作?！崩钸M今年已經59歲了，卻還跟著年輕人一起跑前跑后。
偌大的實驗室里擺著多臺設備，李進指著其中的兩臺，言語中流露出自豪：“這就是我們自己設計的拆解裝置，去年申請了4項專利。”
這兩臺設備，一種用類似鏟的方法，把光伏組件一層一層剝離；一種用類似熱刀的方法，拆解后發(fā)現組件局部存在問題，隨即進行優(yōu)化。
目前，兩臺設備都可運行。下一步，李進打算做一臺標準組件大小的自動化設備，能直接對所有材料就地拆解，分開運輸。
“它就像一臺聯合收割機，底下有不同的袋子，玻璃剝離到玻璃袋里，鋁剝離到鋁袋里。把每一塊材料自動分揀，方便后續(xù)加工，讓它們發(fā)揮最大價值?！崩钸M說著，像個孩子一樣笑起來。
縱觀國內，還有另一種來自大連理工大學的技術路線——把光伏材料全部粉碎后根據材料不同熔點進行分離。
兩所高校其實屬于同一個研發(fā)團隊，在東西部科技合作項目的支持下，與上海交通大學一起向光伏組件拆解發(fā)起進攻。
“您覺得哪種方法好？”
“都在研究階段，哪種好，將來要看經濟效益?！闭驹跐M是機器和材料的實驗室，面對記者的提問，李進思忖道，“高校的任務就是超前部署基礎科學研究，目前還不是比較成本、一爭高下的時候，聯手把事情干成最重要。”
