光伏产品报废衍生庞大市场:回收补贴、二手组件、循环经济

  • 2022年05月14日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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组件并不是开发商考虑的唯一回收因素,运输材料也带来了问题。

组件并不是开发商考虑的唯一回收因素,运输材料也带来了问题。

太阳能行业的制造足迹乃至项目本身正变得越来越大,越来越多的组件和其他相关设备被打包运往全球。现在,正如Green Clean Solar公司首席执行官Emilie Oxel O'Leary所说的那样,这一行业正在认真履行报废义务,建立起一个真正的循环经济。

扩大太阳能发电量是全球减排的关键所在。国际能源署最初的预测是,全球太阳能将在2030年达到550TWh。截至2018年,全球太阳能已达到并超过了这一数字。

随着太阳能装机容量屡创新高,对组件及安装副产品进行有效废物管理的需求也越来越大。作为一个快速发展的行业,太阳能利益相关方开始认真对待组件废物问题,这不可避免。

越来越多的全球领导者开始着手处理报废组件(EOL)问题并为迎接这些废物的涌入做好准备,我们已经开始看到这些工作。

第一波发电和早期报废组件

距离第一波真正的报废组件的出现还有大约十年时间。报废组件目前还没有追踪数据。到目前为止,废物尚未获得完善的记录,这使我们很难了解除了破损之外,早期出现EOL的确切原因。美国、亚洲和澳大利亚的主要机构已经提出了正式研究计划,尽管远远落后于欧盟为可操作性付出的努力,但预计缺乏EOL数据的情况将会发生变化。

第一波安装的太阳能组件的保修期约为20-35年。目前,导致部分此类组件提前报废的因素多种多样,最常见的原因包括:

     - 运输或安装过程中的破损百分比预期

     - 制造缺陷

     - 系统老化

     - 极端天气破坏

     - 提前升级以获得更高效率

     - 税收政策

     - 安装错误

     -屋顶高温和早期衰减

这些因素重点表明,无论是从制造商责任角度,还是从帮助简化协议和降低回收成本的立法角度,我们现在都需要实施废物管理协议和具有成本效益的回收解决方案。

我们已看到对高成本效益解决方案的巨大需求,其中包括了物流和清理支持,特别是对组件预期破损率较高的大型地面太阳能电站项目来说。公用事业公司也开始了更多的、负责任的废物转移和管理。自然灾害会破坏组件和支架系统,随着更加恶劣的天气系统对太阳能电站造成影响,预计回收需求也将会增长。

太阳能循环经济现状

填埋太阳能组件和包装材料的时代已经终结,太阳能循环经济在全球范围内蓄势待发,尤其是对于更广泛的商业、工业和大型地面电站项目而言。把破损的组件和剩余的包装物填入滚装箱,再送往垃圾填埋场的做法很快就不再会是常态。

根据回收设备的不同,组件的废物分流有时会比填埋的成本更高。然而,随着人们对EOL组件标准实践展开讨论、采取行动,成本将会出现下降,尤其是在欧盟。谈及为太阳能组件制定具有可操作性的回收要求时会产生的可能性,欧盟就是颇具说服力的一例。

欧盟是太阳能循环经济的主要引导力量,一些国际公司和非营利组织处于领先地位。其他国家目前也在效仿,做好迎接第一波EOL冲击的准备。例如,美国和中国在2022年之前几乎没有提到太阳能光伏回收和材料回收工作,而这些是它们正在做的。

亚洲和澳大利亚

全球能源互联开发与合作组织2021年发布的一份报告预计,至2025年,中国可能会有105万吨退役部件和太阳能组件进入废物流。今年2月,为了应对迫在眉睫的可再生能源废物管理问题,中国的政策制定者制定了再利用和再循环技术开发的新政策计划。

值得一提的是,中国的政策旨在实现材料的 "跨行业利用",如把从太阳能组件中回收的硅用于其他非太阳能行业的电子产品和部件。据了解,包括太阳能组件、风力涡轮机和电动汽车电池在内,这是中国政府首次将这一问题作为一个需要新技术和废物管理指令的紧急事项来处理。

中国、日本和韩国促成了178项专利热潮,这些专利旨在解决组件的可回收性问题,主要集中在晶硅(c-Si)技术上。

澳大利亚也选择在2022年年初宣布太阳能组件废弃物处置方案的转变。到目前为止,各个地区付出的努力各不相同。有些地区认为,太阳能组件是电子垃圾。目前,澳大利亚的太阳能回收服务仅能从组件中回收约17%的材料,包括玻璃、硅和聚合物背板在内的剩下83%的材料将在市场上用于出口或被送往垃圾填埋场。

欧盟

自2012年起,EOL太阳能组件被纳入WEEE(欧盟电气和电子设备废弃物)范围。WEEE法规要求对光伏组件使用的材料实现85%的收集率和80%的回收率。这一政策使用基金或税收激励措施维修、再利用或翻新组件。WEEE法规包括维修权法并制定了政策以尽量减少新的化石燃料基础设施。这些措施已经实施了大约十年,有效降低了回收成本,打造了一个有利可图的太阳能回收市场。

欧盟的太阳能组件回收机构PV Cycle被广泛用于实现WEEE的合规性。欧盟一直是全世界废弃太阳能组件处理和回收立法的灯塔。

非洲

随着太阳能发电在撒哈拉以南非洲规模的扩大,多个非洲国家的太阳能光伏发电EOL标准也开始获得关注。加纳和南非已经在研究和最佳实践中讨论了这一主题。

在加纳,公私混合战略侧重于技术解决方案,并为包括政府、企业和终端用户在内的所有参与者制定了明确的角色。加纳EOL计划的目标是实现废物减量、再利用、维修和回收,使所有利益相关方受益,推动围绕太阳能组件可持续性和生命周期知识的教育。

北美洲

到目前为止,还没有关于回收太阳能组件的既定国家法律。美国最为接近国家指令的文件是能源部太阳能技术办公室(SETO)于2022年3月发布的《光伏产品报废行动计划》。SETO概述了一项长达18页的行动计划,旨在通过开发一个数据库,跟踪组件的材料、数量、年份、位置、EOL原因和处理方法,从而更好地了解EOL组件的状态。此外,该指令旨在至2030年,令组件回收成本下降一半以上。

目前,回收一块组件的平均成本为15-45美元,更为知名的主流光伏回收公司对每块组件的收费高达58美元。由于每块组件的垃圾填埋费用约为1-5美元,因而降低这些成本将是关键所在。

美国国家可再生能源实验室(NREL)建议,至2032年,如果每块组件可获得10-18美元的补贴,我们就可以拥有一个盈利的太阳能组件回收产业。这些数字将使SETO实现至2030年每块组件3美元的回收目标。

加利福尼亚州在美国一马当先,将所有太阳能组件归类为通用废物,这是美国第一个这样做的州。将太阳能组件列为此类产品可以减轻管理负担,有助于通过必要手段回收组件。这一从2021年1月1日生效的指令同时宣布,退役太阳能组件将像其他通用废物一样(包括电池、阴极射线管、含汞设备、电子设备和灯具)受到监管。

加拿大

加拿大环境和气候变化战略部公布了一份回收指南。然而,在目前情况下,设施的范围过于有限,无法实现太阳能组件的回收。目前,制造商可以成为PV Cycle的成员,支持回收工作。

南美洲

巴西庞大的电子产业为组件回收铺平了道路,SunR在2021年启动了组件回收。对巴西来说,问题不在于回收能力,这些能力已经到位,而且回收比焚烧或填埋更具成本效益。更大的问题是将组件送到合适的回收设施的物流。

SunR估计,每安装50万吨组件,就有约4万吨材料被丢弃,令这一市场的价值达到约380万美元。

进入垃圾填埋场的组件比例是多少?全球各地的太阳能组件回收的法律和比率因地区而异。已知回收率最高的国家是欧盟成员国。

欧洲

根据PV Cycle的数据,欧盟晶硅光伏组件的回收率徘徊在94.7%,超过了WEEE提出的 85%的回收率指令。2008年,第一家全尺寸太阳能组件回收厂在法国投用,为这一地区处理了大量的太阳能组件。PV Cycle根据欧盟WEEE法规与太阳能制造商合作,为这一地区的制造商提供回收和合规支持。

北美洲

根据NREL的估计,美国的组件回收率约为10%,剩下的90%注定要被填埋。

全球

全球电子垃圾的回收率预计约为17.4%。随着太阳能行业的废物回收迫在眉睫,如果授权和激励措施到位,且太阳能组件在全球范围内被正式认定为电子废物,那么太阳能组件的回收率可以开始形成一个全球框架,并且可能高于全球电子废物的回收率。

什么可以被回收,什么在被回收?

按质量计,每块组件的比例约为玻璃70%,铝15%,硅10%,银、铟、镓4%,其他1%稀有金属。约99%的光伏材料是无害的,约95%的材料可以利用现有技术回收。组件、安装材料和包装的可回收部分包括:

     - 铝框

     - 铜线

     - 塑料接线盒

     - 地面支架

     - 跟踪器

     - 接线

     - 逆变器

     - 架子

     - 备用电池系统

     - 木箱

     - 纸板

谈到组件时,组件回收的一般性流程应实现尽可能多的材料回收。虽然还没有一个标准化流程,但有三个核心阶段可以从每块组件上尽可能多地回收材料。

第一阶段:拆除框架和接线盒

第二阶段:用化学、热或机械方法将硅片从玻璃中分离出来

第三阶段:用化学和电气方法分离及净化硅电池和金属(铜、铅、锡、银)

这些材料并不是唯一需要回收的东西。成吨的木箱、塑料和纸板都需要分流和管理。

这一行业是如何努力推动回收的?

整个太阳能行业的组件回收工作一直都是零星分布的,部分积极主动的制造商挑起重担,部分制造商启动了研究,而大多数制造商则是在等待指导方针、补贴和回收计划的强制推行。由于这些不同程度的努力和行动,我们正在见证向循环太阳能经济的过渡。

生产者责任

目前,太阳能制造商的责任是自愿的,而那些领先于任务曲线的制造商正在开发一种用于改善公司环境和客户关系的模式。早期的废物转移利用正在帮助这些制造商保持与客户的关系,尤其是具有环境、社会和治理(ESG)意识的企业。

太阳能行业的少数制造商正在加紧努力以促进太阳能材料的回收。尤其值得一提的是,有一家制造商已经建立起生产者责任模式——First Solar是将回收计划纳入公司合同的头部制造商之一。回收是通过收回的方式推进的,破碎或无法使用的组件会被送回制造商。First Solar公司公布的半导体再利用率为90%,玻璃再利用率为90%,这些材料被重新用于制造新组件。

还有一些支架公司在探索产品和包装供应链的最佳实践。ESG报告正变得越来越重要,并与太阳能项目和废物息息相关,在生产者端,跟踪太阳能回收指标成为越来越紧迫的问题。

ESG报告的压力

当大多数制造商仍处于观望状态时,从生产者责任的角度来说,立法和ESG报告正迅速将制造商置于被动地位。积极主动的制造商为回收付出了努力,走在了最佳实践的前面。

负责任的太阳能制造商为他们的客户提供材料回收和废物分流的解决方案,这些制造商正在迅速获得影响力。ESG报告包含了利用太阳能组件对抗碳排放的内容;历史上,太阳能项目和废物报告不会出现在同一类别中。

现在,报告和可验证的指标成为了预期的环境规范,每前进一步,产生的废物问题都必须得以解决。数据必须包括为减少废物付出的努力,并通过回收报告和回收厂收条进行验证。

二手太阳能产品新市场

根据组件在报废时的质量,它可以作为一个整体或零件重新使用、翻新或回收,任何不能在这些条件下处理的材料可以被储存起来,直至未来的需求或解决方案的出现,或者通过最后的方式——被送往垃圾场填埋进行处理。

提前退役或可翻新、可维修的太阳能组件有机会以折扣价转售给社区太阳能项目,或太阳能开发因成本而受限的地区。太阳能组件翻新市场也在加紧努力。自2017年开始,研发工作一直在进行当中。美国已经发放了补助,用于开发一个功能齐全的二手组件、零件和组件子市场。

其中一个组织是EnergyBin,它在2017年获得了联邦资助,为一个向太阳能行业提供过剩的、难以找到的部件和退役材料的在线市场建立了可行性。

未来十年,我们将看到一个以 "从摇篮到摇篮 "的方式对待电池组件和包装材料的太阳能行业。

Energy Bin作为一个会员平台运作,致力于转移原本在仓库内的物品,让它们回到市场上,从而减少设计、采购、建筑成本以及制造商、分销商及其他公司销售过剩库存的成本。

报废设计

最终,我们需要看到可以提升全球回收力度、翻新基础设施的可行措施,此外,还有更优化的前端设计和供应链选择,从而为太阳能行业打造一个持久的循环经济。很明显,太阳能行业希望做正确的事情,并向着脱碳未来前行。多个大国和组织已经公开表示有很多需要改进之处。现在,已经到了太阳能行业的领导者卷起袖子、带领我们实现这个目标的时候了。

(责任编辑:Selina Shi)

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