光伏組件背板是影響投資收益的決定性因素之一。然而占據主流的含氟背板安全和去向問(wèn)題，正逐漸凸顯。
2015年11月12日，杭州某組件代工企業(yè)內的員工像往常一樣結束半天的工作開(kāi)始午休。然而，從午餐后開(kāi)始，廠(chǎng)區內陸續有65名工人出現發(fā)熱、咳嗽、胸悶、頭痛及頭暈等癥狀。經(jīng)過(guò)安監、環(huán)保、疾病預防控制中心等單位開(kāi)展病因調查后發(fā)現，這次事故因現場(chǎng)焚燒光伏背板材料形成劇毒物質(zhì)——氟化氫所致。
晶體硅太陽(yáng)電池組件以—EVA—電池片—EVA—背板的順序封裝成“三明治”結構。作為光伏組件背面的“防護墻”，背板是光伏組件的重要組成部分，不僅起到封裝的作用，同時(shí)還要保證光伏組件內部電池不受到環(huán)境的影響。
在東旭藍天副總裁徐永邦看來(lái)：“對投資商來(lái)說(shuō)，在投資和回購光伏電站的時(shí)候，非常關(guān)心背板的質(zhì)量和安全。”如果組件壽命不達標，則一切的投資測算都是構建在沙灘上的城堡。由于光伏組件多數處于氣候變化大，環(huán)境惡劣，所以使用的背板材料要穩定耐久。一般的環(huán)境中，公認的耐受時(shí)間是25年。
組件輔材質(zhì)量是影響投資收益的決定性因素之一。然而組件安全和退役后的儲存和去向問(wèn)題，正逐漸凸顯。龐大的光伏裝機容量孕育了光伏背板市場(chǎng)，但是這個(gè)市場(chǎng)背后存在著(zhù)不為人知的隱憂(yōu)卻一直以來(lái)被人忽略。當下的光伏組件回收大多以焚燒、填埋為主，也有些集團開(kāi)始研發(fā)組件回收技術(shù)，但針對含氟背板引發(fā)的二次污染等問(wèn)題，仍然沒(méi)有有效的解決手段。
一位背板生產(chǎn)企業(yè)工作人員認為：“在沙漠中的電站還好說(shuō)，那么這些材料走到居民家中后果不堪設想。”
相關(guān)人士預計，未來(lái)分布式有60%將被安放在人口相對稠密的居民、工商業(yè)屋頂，但輔材安全、環(huán)保性能卻讓分布式光伏發(fā)展蒙上了一層尷尬的陰影。當然，這背后是市場(chǎng)、技術(shù)與政策三重因素的共同結果。
含氟背板的一家獨大
最早進(jìn)軍背板材料領(lǐng)域的外資供應商表現足夠強勁，其中僅杜邦就幾乎壟斷了75%的光伏輔料市場(chǎng)。
“杜邦是全球最大的光伏背板鍍膜供應商，有超過(guò)20年的穩定運行經(jīng)驗。光伏電廠(chǎng)壽命長(cháng)，設備必須要有好的質(zhì)量保證，”一位背板供應商告訴《能源》記者。
大約在20年前，杜邦集團開(kāi)發(fā)出了人們熟知的TPT結構，即Tedlar//PET//Tedlar結構，隨著(zhù)國內開(kāi)始出現光伏電站的開(kāi)發(fā)熱潮，光伏背板正在成為杜邦迅速擴大中國市場(chǎng)份額的強有力的踏板。
不過(guò)，TPT材料并不是光伏行業(yè)的唯一選擇，市場(chǎng)上流通的還有荷蘭皇家帝斯曼集團、法國的阿科瑪公司、韓國SKC公司、日本的吳羽公司等產(chǎn)品。此外，比TPT結構更低價(jià)更高效的光伏背板產(chǎn)品紛紛涌向市場(chǎng)。從杜邦第一款進(jìn)入光伏市場(chǎng)的產(chǎn)品PVF開(kāi)始，市場(chǎng)已經(jīng)陸陸續續發(fā)展30年之久。目前，光伏背板按照組成結構劃分可以大致分為五類(lèi)：FPF，FPX，PPX、PA與單層PET結構。這些結構層之間幾乎都要使用膠粘劑進(jìn)行粘合，通過(guò)復合工藝制備成型，以此保持25年的層間粘接。
近些年，隨著(zhù)創(chuàng )新能力的提升，背板材料的價(jià)格在不斷降低。一般來(lái)說(shuō)，含氟的材料是要高分子合成的。為了得到更高的質(zhì)量，它的雜原質(zhì)必須清除干凈，純度要求很高，合成的分子量要求分子鏈要求很長(cháng)，才能達到它所承諾的性能。目前，杜邦TPT背板的造價(jià)在35-45元/立方米，通過(guò)幾十年規劃化生產(chǎn)，工業(yè)的成本已經(jīng)降到了極限。而非氟材料APE背板已經(jīng)達到18-20元/立方米。
但這仍然沒(méi)有改變非氟材料背板的尷尬現狀，含氟TPT材料仍然占據了近75%的市場(chǎng)。
“這里面有非常多的品牌效應，也有客戶(hù)的心理效果。”蘇州一位光伏背板供應商告訴《能源》記者。“杜邦進(jìn)入中國已經(jīng)有30多年歷史了，也就是從那時(shí)起，含氟TPT材料開(kāi)始進(jìn)入中國，伴隨著(zhù)杜邦集團的開(kāi)疆拓土，含氟TPT材料卻成為了光伏組件的主流。”一位背板供應商告訴《能源》記者。“業(yè)主更多的是出于穩定性的考慮。材料行業(yè)有句話(huà)，杜邦一出手，化工行業(yè)抖三抖，可見(jiàn)杜邦在化工材料領(lǐng)域的影響力。”
在競標過(guò)程中，杜邦集團以強勢姿態(tài)排擠競爭對手。在他們看來(lái)，實(shí)驗數據畢竟和實(shí)踐情況有區別，杜邦至少已經(jīng)有25年的實(shí)踐。
由于背板、鍍膜的業(yè)主一般是運營(yíng)商，輔材招標結果往往是業(yè)主意志的體現，一位光伏電廠(chǎng)從業(yè)者對《能源》記者表示：“有時(shí)候，招標文件中，一般都會(huì )規定‘必須采用TPT背板’”。這樣業(yè)主有自主選擇權，確立招標細則，進(jìn)而按照自己的意志來(lái)選擇供應商，一些PET、APE等不含氟背板被排除在外。
“APE，PET的問(wèn)題在于企業(yè)進(jìn)入光伏行業(yè)的歷史不長(cháng)，光伏組件運行的實(shí)踐性跟杜邦不能比，歷史上也沒(méi)有被大規模地使用過(guò)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)證明和驗證，業(yè)主企業(yè)擔不起這個(gè)風(fēng)險。”上述業(yè)內人士表示。
而對APE背板的境遇，荷蘭帝斯曼集團全資子公司、尚善新材料科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“尚善新材料”)副總經(jīng)理蔡書(shū)義能感同身受。2014年，蔡書(shū)義離開(kāi)杜邦集團，創(chuàng )辦了尚善新材料，開(kāi)始長(cháng)時(shí)間的探索。后來(lái)，荷蘭帝斯曼曾秘密地對前者研發(fā)的環(huán)保型APE背板進(jìn)行了長(cháng)達兩年的性能測試，對該背板各項性能都非常確定之后，正式對尚善提出收購。
相較于TPT產(chǎn)品，APE背板不含氟材料，在焚燒、降解處置過(guò)程中不排放含氟有毒物質(zhì)，符合綠色設計要求;在生產(chǎn)過(guò)程中不使用熱固性膠水，符合綠色制造趨勢，利于回收再利用。
蔡書(shū)義認為：“從運行狀況來(lái)看，APE可靠性非常好，阻水性已經(jīng)達到了國內最好。”去年下半年，獲得了隆基樂(lè )葉背板鍍膜訂單。
不過(guò)對于整體背板而言，客戶(hù)更傾向于采購杜邦的TPT含氟材料。
談到為何不選擇國產(chǎn)品牌時(shí)，帝斯曼一位負責人直言。“業(yè)主目前在選擇背板時(shí)，對APE的信心還是不足。”在種種因素的推動(dòng)下，含氟背板被越來(lái)越多的利用到了光伏電站，以及未來(lái)的分布式當中。
環(huán)保隱憂(yōu)
“在歐洲和美國不要求使用含氟背板，趨勢也是越來(lái)越少地使用含氟背板，但中國卻指定使用含氟背板。”在一次技術(shù)論證會(huì )上，中國可再生能源學(xué)會(huì )光伏專(zhuān)業(yè)委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)呂芳表示。
中國光伏產(chǎn)能和市場(chǎng)容量均居世界第一，市場(chǎng)之大毋庸置疑。但20-30年之后面臨背板大量退役。“按照中國光伏裝機規模，中國2030年將會(huì )有70GW的組件需要回收。其中約50GW都是含氟材料。”
不可否認，TPT背板的確在耐受性上有著(zhù)良好的性能，但重視耐久性的同時(shí)，背后的環(huán)保隱憂(yōu)卻一直處于“被遺忘”的角落。
氟元素隸屬于鹵族元素，鹵族元素還包含氯、溴、碘等，1940年用人工核反應的方法制得，它們構成元素周期表的第七主族，含有劇毒。在光伏組件中，氟元素以化合物的形態(tài)存在，也就是我們常說(shuō)的聚合物的一種。
碳氟化合物具有異常堅固的化學(xué)結構，通常的掩埋處理方法會(huì )對土地造成大量污染，在組件報廢后，含氟聚合物回收再利用可能會(huì )存在一些困難。鑒于業(yè)內目前尚無(wú)有效的回收方案和技術(shù)，正如塑料袋聚苯乙烯難以降解的原理，通常的掩埋處理方法在1000年內都無(wú)法降解該成分。”
如果填埋行不通，那么焚燒處理處置呢?
“氟化物的毒性很大，之前已有過(guò)光伏電站著(zhù)火后，救援人員產(chǎn)生氟化物中毒的案例。“一個(gè)家用分布式光伏板燃燒產(chǎn)生的氟化氫氣體呈現無(wú)色有刺激性氣味，足以致命。”一位背板供應商表示。
2017年，被業(yè)界稱(chēng)為中國分布式光伏市場(chǎng)啟動(dòng)的真正元年，眾多光伏企業(yè)積極備戰分布式市場(chǎng)。從國家制定的目標來(lái)看，在2020年之前，分布式市場(chǎng)規模將達6000萬(wàn)千瓦，是未來(lái)光伏最重要的應用市場(chǎng)，裝機容量前四位的江蘇、浙江、廣東和山東加起來(lái)的裝機容量已經(jīng)超過(guò)了全國分布式光伏發(fā)電裝機容量的50%;而屋頂，戶(hù)用分布式將占據重要份額。
然而另一面，全國去年發(fā)生火災31.2萬(wàn)起，住宅火災傷亡最多，廠(chǎng)房、倉儲等場(chǎng)所損失較大。“大型集中電站著(zhù)火了還好，因為都是在沙漠偏遠地區，那么未來(lái)這些組件走向居民、企業(yè)屋頂呢?我們的分布很多是在房前屋后，我們底下就住著(zhù)人，有財產(chǎn)。所以一旦發(fā)生火災之后，如何去消防，目前，對建筑安全問(wèn)題仍處于缺失狀態(tài)，建筑安全性在國際市場(chǎng)上則受到了非常多的關(guān)注。中國在光伏發(fā)生火災消防方面及我們自己是沒(méi)有相應的導則、技術(shù)規范。”呂芳表示。
由是，含氟背板給未來(lái)分布式的發(fā)展蒙上了一層尷尬的陰影。
即便是杜邦集團，對背板安全性仍有著(zhù)較為清醒的認識。杜邦提到：“背板的研發(fā)、制造以及部件質(zhì)量保障能力都非常重要，特別是對含氟背板的毒性處理。”
但是至今，在未知的成本與技術(shù)壁壘之下，組件回收尚無(wú)一種環(huán)保、安全的回收途徑，這也是光伏產(chǎn)業(yè)無(wú)法回避的困擾。
回收技術(shù)瓶頸
國際能源署光伏系統項目的報告顯示，2014年，全球廢棄的光伏組件還不到電子垃圾的千分之一;而到2050年，則會(huì )達到0.78億噸。而中國在2030年，將會(huì )有70GW的組件需要回收。
我國從“十二五”期間開(kāi)始了組件回收相關(guān)探索，其中863課題子任務(wù)“光伏設備回收與無(wú)害化處理技術(shù)研究”專(zhuān)項課題也于同時(shí)期開(kāi)展。
目前，專(zhuān)用于組件回收的技術(shù)較為有限，“當下的回收技術(shù)可以被歸結——一半是海水，一半是火焰。也就是冷處理和熱處理法。”呂芳告訴《能源》記者。
低溫深冷物理研磨法，即前文所述的“冷處理”，是英利集團嘗試研發(fā)的組件回收技術(shù)。其原理是把光伏組件降溫到零下兩三百度，先將組件鋁邊框與接線(xiàn)盒拆除，隨后粉碎無(wú)框組件，分離涂錫焊帶與玻璃顆粒，剩下的部分再進(jìn)行研磨，用靜電分離方法得到金屬、硅粉末、背板顆粒和EVA顆粒。它沒(méi)有任何的熱和化學(xué)的方法，然后再用靜電分離把各種材料分出來(lái)，然而物理分離法最終得到的是不同材料的混合物，未能實(shí)現單一組分的充分分離，因此該方法仍處于實(shí)驗室研究階段。
國際上用的比較多的無(wú)機酸溶解法和熱處理法，也就是說(shuō)把光伏組件放到馬弗爐或者熱解爐里面，使用流化床反應器對廢棄光伏組件進(jìn)行熱處理，設置反應溫度600℃進(jìn)行焚燒。焚燒完成后，將電池、玻璃和邊框等手工分離?；厥盏母黝?lèi)材料進(jìn)入相應的回收程序。
但該方法的難點(diǎn)在于不同氣溫下，讓氮氣、氧氣在什么氣溫然后又通過(guò)什么樣的加溫速率在什么溫度上停留多久以把EVA，背板完全汽化掉，廢氣則從反應器中進(jìn)入二次燃燒室，作為反應器的熱源。熱解完了之后再用化學(xué)法，即有機酸溶脹掉表面的電度、電極，最后留下完整的玻璃和完整的硅片，把它回收回來(lái)。對于厚度達到400微米以上的電池片，可以回收完好的硅片。
不過(guò)，隨著(zhù)制造技術(shù)不斷發(fā)展，電池片逐代變薄，熱處理法已無(wú)法獲得完好的硅片，因此也只能夠適用于回收硅料。
處理的回收過(guò)程也面臨著(zhù)許多問(wèn)題。據尚善新材料副總經(jīng)理蔡書(shū)義告訴《能源》記者：“很多情況下，這些技術(shù)會(huì )造成二次污染。”比如在汽化之后，還需要有機酸溶解法是用有機溶劑溶脹EVA，分離電池片、EVA、玻璃和背板主要難點(diǎn)還是在無(wú)機酸溶解法是用硝酸和過(guò)氧化氮混合酸，在一定的溫度條件下，雖然可保持晶硅片的完整，但需要進(jìn)一步對硅晶片進(jìn)行處理。且所需時(shí)間較長(cháng)，大約7天為一次反應周期。且只針對EVA的去除和分離，未考慮到邊框的拆除和硅晶片再利用，且另外，EVA膨脹后使電池片破碎且存在有機廢液處理問(wèn)題。
“根本還是經(jīng)濟性問(wèn)題。”呂芳告訴《能源》記者：“我們去回收這個(gè)東西，一定要低能耗、低污染，如果說(shuō)我們回收拿回來(lái)的東西用還不好用，結果發(fā)現，因為加到600度的溫度能耗很高了，然后再釋放出一大堆的有害氣體?；厥账艿貌粌斒?。”
為了讓光伏組件承受得起風(fēng)沙雨露的侵蝕，組件在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì )經(jīng)過(guò)嚴苛的考驗，要在80攝氏度高溫和零下40攝氏度低溫環(huán)境下循環(huán)測試上千次。然而，前期的牢固打造造成后期回收的難題，因為拆解不易，會(huì )增加很多成本。此外，一個(gè)晶體硅光伏組件往往重達十幾公斤，拆開(kāi)之后，玻璃和鋁邊框就占據了80%以上的重量，最值錢(qián)的導電銀漿則只有6克左右。有人對回收晶體硅組件的經(jīng)濟效益進(jìn)行了測算，結果只有5%左右的毛利潤，如果算上運輸成本，企業(yè)甚至要虧本進(jìn)行。
政策建議
那么，針對組件回收一系列問(wèn)題，國際市場(chǎng)有哪些經(jīng)驗值得我們借鑒?
2006年，專(zhuān)注組件回收的基金“PVcycling”在歐洲布魯塞爾成立。該協(xié)會(huì )一項重要工作是在2008年對廢棄電氣和電子設備(WEEE)規章進(jìn)行修訂，新的法案在2014年2月開(kāi)始實(shí)施，要求使用過(guò)的光伏組件必須集中收集85%以上，再循環(huán)利用80%以上，廢棄光伏組件的收集、儲存、無(wú)害化處理、文檔建立及資金保障等方面的內容，并將從2018年8月15日后開(kāi)始征收回收處理費。也就是說(shuō)，此后凡是進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的光伏組件，都將要求強制回收，并被征收回收處理費。此外，明確了生產(chǎn)商的延伸責任制，要求生產(chǎn)廠(chǎng)家對電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程承擔責任。
頗為尷尬的是，中國目前尚無(wú)超過(guò)20年壽命的光伏企業(yè)。“中國企業(yè)生命力有多少年，能活多少年這都是有數字的。”呂芳告訴《能源》記者：“就要求你賣(mài)到歐洲的組件當中，在賣(mài)出去的當天，就把有一部分的錢(qián)提成基金，這個(gè)錢(qián)把它存到基金當中，也就是說(shuō)尚德可以沒(méi)有，不指望企業(yè)把25年以后的東西回收，但是這個(gè)組織還在。”
潛在的隱憂(yōu)對未來(lái)分布式開(kāi)發(fā)商提出了更高的要求，分布式組件不但要抗腐蝕，故障率低，更重要的是要注重安全性。美國和日本，已經(jīng)開(kāi)始在做光伏電站火災消防員指導手冊。
“我們的光伏背板一直是帶電的，這就有個(gè)防火問(wèn)題。如果含氟背板著(zhù)火的話(huà)會(huì )釋放出氟化氫氣體，氟化氫氣體對我們的消防員、對周邊的空氣、對周邊的人的污染的危害。”帝斯曼亞太區總裁何飛告訴《能源》記者。
雖然目前國內背板回收市場(chǎng)一片空白，但對于國內光伏企業(yè)而言，這是不能缺席的市場(chǎng)。面對龐大的回收量與技術(shù)難題，對國內整機廠(chǎng)商而言更關(guān)鍵的問(wèn)題是，如何從政策角度構建回收體系。
我國從2013年開(kāi)始對背板有了初步標準，國家有關(guān)部門(mén)聯(lián)合發(fā)布意見(jiàn)要求規范光伏產(chǎn)品質(zhì)量，在全國范圍內推行強制檢測認證，應用于國內背板產(chǎn)品的認證要求，制定了《CQC3308-2013光伏組件封裝用背板技術(shù)規范》，《GB/T31034-2014晶體硅太陽(yáng)電池組件用絕緣背板》新標準的設立和推廣將深化人們對背板材料的認識和使用要求，規范背板的選材和設計，為光伏組件的可靠性提供更多保障。
根據記者了解，住房與城市建設部標準定額司已經(jīng)明確表態(tài)將加大在建筑當中可再生能源的應用比例，此外，對相關(guān)的標準的重要指標要進(jìn)行修訂，新的標準除了提出可再生能源在建筑當中重要指標的貢獻率、替代率這方面要提高以外，特別關(guān)注安全的問(wèn)題，此外，新標準嚴格規定在2018年8月15號以后，背板必須使用無(wú)氟產(chǎn)品，如果繼續使用含氟背板，必須交處理費。
不過(guò)，對業(yè)主而言，從短時(shí)間改變業(yè)主的思路難上加難。從目前建成的項目看，由于設備尚未出質(zhì)保期，尚未引發(fā)巨大的擔憂(yōu)，一旦設備出質(zhì)保期，這部分費用會(huì )大大增加開(kāi)發(fā)商的開(kāi)支。
