文｜創(chuàng)瞰巴黎 Daniel Bajolet
編輯｜Meister Xia
Daniel Bajolet
中國硅產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展聯(lián)盟會員、ROSI聯(lián)合創(chuàng)始人
導(dǎo)讀
光伏板制造的材料是高純度的冶金級硅，需要使用極優(yōu)質(zhì)石英、活性低粉煤、電力。整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈能耗極大，排放大量二氧化碳。目前全球的光伏板原材料產(chǎn)量主要來自于中國，歐洲產(chǎn)量較低，如何重建歐洲的光伏產(chǎn)業(yè)鏈呢？通過回收損耗硅也許有所幫助。
一覽：
- 全球350萬噸的硅產(chǎn)量中，75%來自中國，歐洲僅產(chǎn)自身消耗量的17%。
- 生產(chǎn)1噸光伏硅或多晶硅需要消耗6噸稀有自然資源。
- 光伏產(chǎn)業(yè)鏈二氧化碳排放量很大，生產(chǎn)一個標(biāo)準(zhǔn)的60電池片光伏組件，在中國要排放77公斤二氧化碳，在法國則需排放13公斤二氧化碳。
- 現(xiàn)在的技術(shù)使得完全回收聚合物以外的光伏板材料成為可能。
- 隨著大批光伏組件退役，回收硅料截口損失也許能幫助歐洲建立自主的可循環(huán)價值鏈。
人們普遍認(rèn)為，地球上的硅儲備十分充足，完全能滿足光伏產(chǎn)業(yè)鏈的需求，無論是上游的石英開采還是下游的電子產(chǎn)品制造。但硅含量豐富不代表產(chǎn)業(yè)需求一定能得到滿足。要提取純度達(dá)到99.8%的冶金級硅，需要使用極優(yōu)質(zhì)石英、活性低粉煤、電力。全球350萬噸的冶金級硅產(chǎn)量中，75%來自中國，歐洲僅產(chǎn)自身消耗量的17%。
圖片來源：法國光伏服務(wù)公司ROSI - 光伏板價值鏈
硅的純度要提煉至9N（99.9999999%）才能用于光伏產(chǎn)品。上一個十年的主要產(chǎn)硅地區(qū)——?dú)W洲和美國如今硅產(chǎn)能已經(jīng)很低。只有德國瓦克(wacker)硅料質(zhì)量佳，保住了主要生產(chǎn)商的地位。這一成績實屬不易，因為價格壓力和反傾銷措施使得中國能源企業(yè)獲得了超90%的份額。下表顯示了全球多晶硅產(chǎn)能排名前列的企業(yè)，多家中國企業(yè)在榜上赫赫有名：
圖片來源：PI France
2022年，中國光伏硅料產(chǎn)量82.7萬噸，德國僅為4萬噸。從加工產(chǎn)出比看，需6噸稀有自然資源才能產(chǎn)出1噸光伏硅或“多晶硅”（冶金級硅料的資源產(chǎn)出比為5.8：1，冶金級硅轉(zhuǎn)化成光伏硅損耗最低也有5%）。
圖片來源：PI France - 2019年中國光伏板原材料產(chǎn)量占世界之比
01 光伏板制造
獲得光伏硅料后，下一步則是將硅料制成硅片。單晶硅棒或多晶硅錠切方得到硅塊，硅塊切片后即得到硅片。為追求高產(chǎn)出，能源公司紛紛拋棄多晶硅錠。法國有人提出“半單晶硅塊”，但還未證實可行。現(xiàn)在單晶硅棒占硅塊總產(chǎn)量83%。制作硅塊的過程中，截口損失達(dá)到35%-40%，這些損失的硅很難再利用。中國的硅片產(chǎn)量達(dá)到357GW。歐洲現(xiàn)在僅挪威NorSun一家公司仍在生產(chǎn)硅片。
接著，硅片就會制成光伏電池，這一過程包含7-12個步驟，具體取決于制作的是PERC光伏電池，還是TOPCON或HHT電池。這一步需添加銀漿。2020年，光伏產(chǎn)業(yè)消耗量3000噸銀，占全球可用總量10%。2022年光伏產(chǎn)業(yè)消耗的銀占比上升至13%。中國2022年光伏電池產(chǎn)量為318GW，如不循環(huán)利用，2030年銀的開采量將耗盡。
圖片來源：PI France
最后一個步驟是集成光伏組件。這個步驟需用銅連接電池片，將電池片用兩張EVA膠膜包裹，可保護(hù)電池片長達(dá)20年，再粘接附上一片玻璃及鋁制邊框，這樣就得到一個光伏組件?，F(xiàn)在無論全電池還是半切電池都在增加發(fā)電量，從過去10年的150W發(fā)展到現(xiàn)在的500W[1]。中國2022年光伏組件產(chǎn)量為288GW。
整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈能耗極大，排放大量二氧化碳。中國每生產(chǎn)一個包含60個電池片的350W光伏組件，需耗電120千瓦時，排放77公斤二氧化碳。而在法國生產(chǎn)同樣規(guī)格的光伏組件需耗電118千瓦時，排放13公斤二氧化碳。
02 光伏板回收
歐洲僅有工業(yè)硅和光伏硅，要如何重建自主光伏產(chǎn)業(yè)鏈呢？新產(chǎn)業(yè)模式若要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有賴于通過回收損耗硅料，避免稀有原料浪費(fèi)。
圖片來源：PI France
現(xiàn)在的技術(shù)使得完全回收聚合物以外的光伏板材料成為可能。包括截口損失（ROSI研發(fā)的回收技術(shù)可將回收的損失硅料用于代替新硅料的使用）、鋁制邊框（可通過現(xiàn)有技術(shù)回收）、玻璃（需要完全清潔才能被玻璃制造企業(yè)回收）、銅（可通過現(xiàn)有技術(shù)回收）、銀漿。
但最重要也最難的是，我們現(xiàn)在回收的硅料純度為5N，回收效率約為光伏板材料總量的90%。隨著大批光伏組件退役，回收硅料截口損失也許能幫助歐洲建立自主、可循環(huán)的價值鏈。
參考資料
1. The watt-peak (WattC) corresponds to the delivery of an electrical power of 1 watt, under standard reference conditions. Definition by EDF: https://www.edfenr.com/ lexique/watt-crete/