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(jù)主流的含氟背板安全和去向問題，正逐漸凸顯。
2015年11月12日，杭州某組件代工企業(yè)內(nèi)的員工像往常一樣結(jié)束半天的工作開始午休。然而，從午餐后開始，廠區(qū)內(nèi)陸續(xù)有65名工人出現(xiàn)發(fā)熱、咳嗽、胸悶、頭痛及頭暈等癥狀。經(jīng)過安監(jiān)、環(huán)保、疾病預(yù)防控制中心等單位開展病因調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，這次事故因現(xiàn)場焚燒光伏背板材料形成劇毒物質(zhì)——氟化氫所致。
晶體硅太陽電池組件以—EVA—電池片—EVA—背板的順序封裝成“三明治”結(jié)構(gòu)。作為光伏組件背面的“防護(hù)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(nèi)部電池不受到環(huán)境的影響。
在東旭藍(lán)天副總裁徐永邦看來：“對投資商來說，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(dá)標(biāo)，則一切的投資測算都是構(gòu)建在沙灘上的城堡。由于光伏組件多數(shù)處于氣候變化大，環(huán)境惡劣，所以使用的背板材料要穩(wěn)定耐久。一般的環(huán)境中，公認(rèn)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題，正逐漸凸顯。龐大的光伏裝機(jī)容量孕育了光伏背板市場，但是這個(gè)市場背后存在著不為人知的隱憂卻一直以來被人忽略。當(dāng)下的光伏組件回收大多以焚燒、填埋為主，也有些集團(tuán)開始研發(fā)組件回收技術(shù)，但針對含氟背板引發(fā)的二次污染等問題，仍然沒有有效的解決手段。
一位背板生產(chǎn)企業(yè)工作人員認(rèn)為：“在沙漠中的電站還好說，那么這些材料走到居民家中后果不堪設(shè)想。”
相關(guān)人士預(yù)計(jì)，未來分布式有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(dāng)然，這背后是市場、技術(shù)與政策三重因素的共同結(jié)果。
含氟背板的一家獨(dú)大
最早進(jìn)軍背板材料領(lǐng)域的外資供應(yīng)商表現(xiàn)足夠強(qiáng)勁，其中僅杜邦就幾乎壟斷了75%的光伏輔料市場。
“杜邦是全球最大的光伏背板鍍膜供應(yīng)商，有超過20年的穩(wěn)定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。光伏電廠壽命長，設(shè)備必須要有好的質(zhì)量保證，”一位背板供應(yīng)商告訴《能源》記者。
大約在20年前，杜邦集團(tuán)開發(fā)出了人們熟知的TPT結(jié)構(gòu)，即Tedlar//PET//Tedlar結(jié)構(gòu)，隨著國內(nèi)開始出現(xiàn)光伏電站的開發(fā)熱潮，光伏背板正在成為杜邦迅速擴(kuò)大中國市場份額的強(qiáng)有力的踏板。
不過，TPT材料并不是光伏行業(yè)的唯一選擇，市場上流通的還有荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)、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(jié)構(gòu)更低價(jià)更高效的光伏背板產(chǎn)品紛紛涌向市場。從杜邦第一款進(jìn)入光伏市場的產(chǎn)品PVF開始，市場已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)發(fā)展30年之久。目前，光伏背板按照組成結(jié)構(gòu)劃分可以大致分為五類：FPF，F(xiàn)PX，PPX、PA與單層PET結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)層之間幾乎都要使用膠粘劑進(jìn)行粘合，通過復(fù)合工藝制備成型，以此保持25年的層間粘接。
近些年，隨著創(chuàng)新能力的提升，背板材料的價(jià)格在不斷降低。一般來說，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，才能達(dá)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，通過幾十年規(guī)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(dá)到18-20元/立方米。
但這仍然沒有改變非氟材料背板的尷尬現(xiàn)狀，含氟TPT材料仍然占據(jù)了近75%的市場。
“這里面有非常多的品牌效應(yīng)，也有客戶的心理效果。”蘇州一位光伏背板供應(yīng)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材料開始進(jìn)入中國，伴隨著杜邦集團(tuán)的開疆拓土，含氟TPT材料卻成為了光伏組件的主流。”一位背板供應(yīng)商告訴《能源》記者。“業(yè)主更多的是出于穩(wěn)定性的考慮。材料行業(yè)有句話，杜邦一出手，化工行業(yè)抖三抖，可見杜邦在化工材料領(lǐng)域的影響力。”
在競標(biāo)過程中，杜邦集團(tuán)以強(qiáng)勢姿態(tài)排擠競爭對手。在他們看來，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畢竟和實(shí)踐情況有區(qū)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(yùn)營商，輔材招標(biāo)結(jié)果往往是業(yè)主意志的體現(xiàn)，一位光伏電廠從業(yè)者對《能源》記者表示：“有時(shí)候，招標(biāo)文件中，一般都會規(guī)定‘必須采用TPT背板’”。這樣業(yè)主有自主選擇權(quán)，確立招標(biāo)細(xì)則，進(jìn)而按照自己的意志來選擇供應(yīng)商，一些PET、APE等不含氟背板被排除在外。
“APE，PET的問題在于企業(yè)進(jìn)入光伏行業(yè)的歷史不長，光伏組件運(yùn)行的實(shí)踐性跟杜邦不能比，歷史上也沒有被大規(guī)模地使用過，沒有經(jīng)過證明和驗(yàn)證，業(yè)主企業(yè)擔(dān)不起這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。”上述業(yè)內(nèi)人士表示。
而對APE背板的境遇，荷蘭帝斯曼集團(tuán)全資子公司、尚善新材料科技有限公司(以下簡稱“尚善新材料”)副總經(jīng)理蔡書義能感同身受。2014年，蔡書義離開杜邦集團(tuán)，創(chuàng)辦了尚善新材料，開始長時(shí)間的探索。后來，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)行了長達(dá)兩年的性能測試，對該背板各項(xiàng)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、降解處置過程中不排放含氟有毒物質(zhì)，符合綠色設(shè)計(jì)要求;在生產(chǎn)過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。
蔡書義認(rèn)為：“從運(yùn)行狀況來看，APE可靠性非常好，阻水性已經(jīng)達(dá)到了國內(nèi)最好。”去年下半年，獲得了隆基樂葉背板鍍膜訂單。
不過對于整體背板而言，客戶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(fù)責(zé)人直言。“業(yè)主目前在選擇背板時(shí)，對APE的信心還是不足。”在種種因素的推動下，含氟背板被越來越多的利用到了光伏電站，以及未來的分布式當(dāng)中。
環(huán)保隱憂
“在歐洲和美國不要求使用含氟背板，趨勢也是越來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)論證會上，中國可再生能源學(xué)會光伏專業(yè)委員會秘書長呂芳表示。
中國光伏產(chǎn)能和市場容量均居世界第一，市場之大毋庸置疑。但20-30年之后面臨背板大量退役。“按照中國光伏裝機(jī)規(guī)模，中國2030年將會有70GW的組件需要回收。其中約50GW都是含氟材料。”
不可否認(rèn)，TPT背板的確在耐受性上有著良好的性能，但重視耐久性的同時(shí)，背后的環(huán)保隱憂卻一直處于“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(yīng)的方法制得，它們構(gòu)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，也就是我們常說的聚合物的一種。
碳氟化合物具有異常堅(jiān)固的化學(xué)結(jié)構(gòu)，通常的掩埋處理方法會對土地造成大量污染，在組件報(bào)廢后，含氟聚合物回收再利用可能會存在一些困難。鑒于業(yè)內(nèi)目前尚無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(nèi)都無法降解該成分。”
如果填埋行不通，那么焚燒處理處置呢?
“氟化物的毒性很大，之前已有過光伏電站著火后，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(xiàn)無色有刺激性氣味，足以致命。”一位背板供應(yīng)商表示。
2017年，被業(yè)界稱為中國分布式光伏市場啟動的真正元年，眾多光伏企業(yè)積極備戰(zhàn)分布式市場。從國家制定的目標(biāo)來看，在2020年之前，分布式市場規(guī)模將達(dá)6000萬千瓦，是未來光伏最重要的應(yīng)用市場，裝機(jī)容量前四位的江蘇、浙江、廣東和山東加起來的裝機(jī)容量已經(jīng)超過了全國分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量的50%;而屋頂，戶用分布式將占據(jù)重要份額。
然而另一面，全國去年發(fā)生火災(zāi)31.2萬起，住宅火災(zāi)傷亡最多，廠房、倉儲等場所損失較大。“大型集中電站著火了還好，因?yàn)槎际窃谏衬h(yuǎn)地區(qū)，那么未來這些組件走向居民、企業(yè)屋頂呢?我們的分布很多是在房前屋后，我們底下就住著人，有財(cái)產(chǎn)。所以一旦發(fā)生火災(zāi)之后，如何去消防，目前，對建筑安全問題仍處于缺失狀態(tài)，建筑安全性在國際市場上則受到了非常多的關(guān)注。中國在光伏發(fā)生火災(zāi)消防方面及我們自己是沒有相應(yīng)的導(dǎo)則、技術(shù)規(guī)范。”呂芳表示。
由是，含氟背板給未來分布式的發(fā)展蒙上了一層尷尬的陰影。
即便是杜邦集團(tuán)，對背板安全性仍有著較為清醒的認(rèn)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，組件回收尚無一種環(huán)保、安全的回收途徑，這也是光伏產(chǎn)業(yè)無法回避的困擾。
回收技術(shù)瓶頸
國際能源署光伏系統(tǒng)項(xiàng)目的報(bào)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，則會達(dá)到0.78億噸。而中國在2030年，將會有70GW的組件需要回收。
我國從“十二五”期間開始了組件回收相關(guān)探索，其中863課題子任務(wù)“光伏設(shè)備回收與無害化處理技術(shù)研究”專項(xiàng)課題也于同時(shí)期開展。
目前，專用于組件回收的技術(shù)較為有限，“當(dāng)下的回收技術(shù)可以被歸結(jié)——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(tuán)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盒拆除，隨后粉碎無框組件，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，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(xiàn)單一組分的充分分離，因此該方法仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
國際上用的比較多的無機(jī)酸溶解法和熱處理法，也就是說把光伏組件放到馬弗爐或者熱解爐里面，使用流化床反應(yīng)器對廢棄光伏組件進(jìn)行熱處理，設(shè)置反應(yīng)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?；厥盏母黝惒牧线M(jìn)入相應(yīng)的回收程序。
但該方法的難點(diǎn)在于不同氣溫下，讓氮?dú)狻⒀鯕庠谑裁礆鉁厝缓笥滞ㄟ^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(yīng)器中進(jìn)入二次燃燒室，作為反應(yīng)器的熱源。熱解完了之后再用化學(xué)法，即有機(jī)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。對于厚度達(dá)到400微米以上的電池片，可以回收完好的硅片。
不過，隨著制造技術(shù)不斷發(fā)展，電池片逐代變薄，熱處理法已無法獲得完好的硅片，因此也只能夠適用于回收硅料。
處理的回收過程也面臨著許多問題。據(jù)尚善新材料副總經(jīng)理蔡書義告訴《能源》記者：“很多情況下，這些技術(shù)會造成二次污染。”比如在汽化之后，還需要有機(jī)酸溶解法是用有機(jī)溶劑溶脹EVA，分離電池片、EVA、玻璃和背板主要難點(diǎn)還是在無機(jī)酸溶解法是用硝酸和過氧化氮混合酸，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，大約7天為一次反應(yīng)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(jī)廢液處理問題。
“根本還是經(jīng)濟(jì)性問題。”呂芳告訴《能源》記者：“我們?nèi)セ厥者@個(gè)東西，一定要低能耗、低污染，如果說我們回收拿回來的東西用還不好用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榧拥?00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)過程中都會經(jīng)過嚴(yán)苛的考驗(yàn)，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?yàn)椴鸾獠灰?，會增加很多成本。此外，一個(gè)晶體硅光伏組件往往重達(dá)十幾公斤，拆開之后，玻璃和鋁邊框就占據(jù)了80%以上的重量，最值錢的導(dǎo)電銀漿則只有6克左右。有人對回收晶體硅組件的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了測算，結(jié)果只有5%左右的毛利潤，如果算上運(yùn)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題，國際市場有哪些經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒?
2006年，專注組件回收的基金“PVcycling”在歐洲布魯塞爾成立。該協(xié)會一項(xiàng)重要工作是在2008年對廢棄電氣和電子設(shè)備(WEEE)規(guī)章進(jìn)行修訂，新的法案在2014年2月開始實(shí)施，要求使用過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、無害化處理、文檔建立及資金保障等方面的內(nèi)容，并將從2018年8月15日后開始征收回收處理費(fèi)。也就是說，此后凡是進(jìn)入歐洲市場的光伏組件，都將要求強(qiáng)制回收，并被征收回收處理費(fèi)。此外，明確了生產(chǎn)商的延伸責(zé)任制，要求生產(chǎn)廠家對電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程承擔(dān)責(zé)任。
頗為尷尬的是，中國目前尚無超過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(shù)字的。”呂芳告訴《能源》記者：“就要求你賣到歐洲的組件當(dāng)中，在賣出去的當(dāng)天，就把有一部分的錢提成基金，這個(gè)錢把它存到基金當(dāng)中，也就是說尚德可以沒有，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。”
潛在的隱憂對未來分布式開發(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)開始在做光伏電站火災(zāi)消防員指導(dǎo)手冊。
“我們的光伏背板一直是帶電的，這就有個(gè)防火問題。如果含氟背板著火的話會釋放出氟化氫氣體，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(qū)總裁何飛告訴《能源》記者。
雖然目前國內(nèi)背板回收市場一片空白，但對于國內(nèi)光伏企業(yè)而言，這是不能缺席的市場。面對龐大的回收量與技術(shù)難題，對國內(nèi)整機(jī)廠商而言更關(guān)鍵的問題是，如何從政策角度構(gòu)建回收體系。
我國從2013年開始對背板有了初步標(biāo)準(zhǔn)，國家有關(guān)部門聯(lián)合發(fā)布意見要求規(guī)范光伏產(chǎn)品質(zhì)量，在全國范圍內(nèi)推行強(qiáng)制檢測認(rèn)證，應(yīng)用于國內(nèi)背板產(chǎn)品的認(rèn)證要求，制定了《CQC3308-2013光伏組件封裝用背板技術(shù)規(guī)范》，《GB/T31034-2014晶體硅太陽電池組件用絕緣背板》新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立和推廣將深化人們對背板材料的認(rèn)識和使用要求，規(guī)范背板的選材和設(shè)計(jì)，為光伏組件的可靠性提供更多保障。
根據(jù)記者了解，住房與城市建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司已經(jīng)明確表態(tài)將加大在建筑當(dāng)中可再生能源的應(yīng)用比例，此外，對相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的重要指標(biāo)要進(jìn)行修訂，新的標(biāo)準(zhǔn)除了提出可再生能源在建筑當(dāng)中重要指標(biāo)的貢獻(xiàn)率、替代率這方面要提高以外，特別關(guān)注安全的問題，此外，新標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格規(guī)定在2018年8月15號以后，背板必須使用無氟產(chǎn)品，如果繼續(xù)使用含氟背板，必須交處理費(fèi)。
不過，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(xiàng)目看，由于設(shè)備尚未出質(zhì)保期，尚未引發(fā)巨大的擔(dān)憂，一旦設(shè)備出質(zhì)保期，這部分費(fèi)用會大大增加開發(fā)商的開支。
