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候，非常關(guān)心背板的質(zhì)量和安全。”如果組件壽命不達標(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。龐大的光伏裝機容量孕育了光伏背板市場，但是這個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，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。
含氟背板的一家獨大
最早進軍背板材料領(lǐng)域的外資供應(yīng)商表現(xiàn)足夠強勁，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)定運行經(jīng)驗。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大中國市場份額的強有力的踏板。
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、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)更低價更高效的光伏背板產(chǎn)品紛紛涌向市場。從杜邦第一款進入光伏市場的產(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，才能達到它所承諾的性能。目前，杜邦TPT背板的造價在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。“杜邦進入中國已經(jīng)有30多年歷史了，也就是從那時起，含氟TPT材料開始進入中國，伴隨著杜邦集團的開疆拓土，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，杜邦集團以強勢姿態(tài)排擠競爭對手。在他們看來，實驗數(shù)據(jù)畢竟和實踐情況有區(qū)別，杜邦至少已經(jīng)有25年的實踐。
由于背板、鍍膜的業(yè)主一般是運營商，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)進入光伏行業(yè)的歷史不長，光伏組件運行的實踐性跟杜邦不能比，歷史上也沒有被大規(guī)模地使用過，沒有經(jīng)過證明和驗證，業(yè)主企業(yè)擔(dān)不起這個風(fēng)險。”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，創(chuàng)辦了尚善新材料，開始長時間的探索。后來，荷蘭帝斯曼曾秘密地對前者研發(fā)的環(huán)保型APE背板進行了長達兩年的性能測試，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、降解處置過程中不排放含氟有毒物質(zhì)，符合綠色設(shè)計要求;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：“從運行狀況來看，APE可靠性非常好，阻水性已經(jīng)達到了國內(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，帝斯曼一位負(fù)責(zé)人直言。“業(yè)主目前在選擇背板時，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，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6000萬千瓦，是未來光伏最重要的應(yīng)用市場，裝機容量前四位的江蘇、浙江、廣東和山東加起來的裝機容量已經(jīng)超過了全國分布式光伏發(fā)電裝機容量的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，因為都是在沙漠偏遠(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，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，則會達到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”專項課題也于同時期開展。
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，未能實現(xiàn)單一組分的充分分離，因此該方法仍處于實驗室研究階段。
國際上用的比較多的無機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行熱處理，設(shè)置反應(yīng)溫度600℃進行焚燒。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入相應(yīng)的回收程序。
但該方法的難點在于不同氣溫下，讓氮氣、氧氣在什么氣溫然后又通過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還是在無機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，但需要進一步對硅晶片進行處理。且所需時間較長，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廢液處理問題。
“根本還是經(jīng)濟性問題。”呂芳告訴《能源》記者：“我們?nèi)セ厥者@個東西，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А?rdquo;
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，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，會增加很多成本。此外，一個晶體硅光伏組件往往重達十幾公斤，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)濟效益進行了測算，結(jié)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)會一項重要工作是在2008年對廢棄電氣和電子設(shè)備(WEEE)規(guī)章進行修訂，新的法案在2014年2月開始實施，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。也就是說，此后凡是進入歐洲市場的光伏組件，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(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，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。
不過，對業(yè)主而言，從短時間改變業(yè)主的思路難上加難。從目前建成的項目看，由于設(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，這部分費用會大大增加開發(fā)商的開支。
