网络首发||杨家宽教授：报废光伏组件处理处置现状与发展趋势
文摘
科学
2024-09-30 10:46
浙江
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太阳能等清洁能源是实现双碳目标的重要举措，但随着装机量的持续增加，大量产生的报废光伏组件是制约产业可持续发展和无废城市建设面临的突出难题。本文基于现有文献资料和课题组近年来开展的相关实验研究工作，对太阳能光伏产业发展、报废光伏组件产量特性及回收处理技术进行分析和比较研究，同时探究了特征污染物的管控策略，进而提出了光伏组件回收处理和污染控制技术的发展方向。为发展光伏组件的回收处理技术研究和产业实践提供参考，也为新能源固废综合处理处置提供支持。
华中科技大学二级教授，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，入选英国皇家化学学会会士（FRSC），华中科技大学环境科学与工程学院院长，国务院特殊政府津贴获得者。现担任教育部高等学校环境类教学指导委员会委员、中国环境科学学会常务理事、固废处理处置与资源化技术湖北省工程实验室主任、中国环境卫生协会工程管理专委会主任、Environmental Research、《华中科技大学学报（自然科学版）》《环境卫生工程》《能源环境保护》等国际国内期刊编委等学术兼职。1999年华中科技大学获得博士学位，剑桥大学材料与冶金系、牛津大学环境与地理系访问学者。主要从事固体废物处理处置与资源化、环境多介质污染协同控制技术研究。主持项目包括：国家重点研发计划项目、国家科技支撑计划、国家自然科学基金面上及重点项目等。以第一作者/通讯作者发表学术论文100余篇，包括环境领域权威期刊Nature Geoscience、Nature Cities、Environmental Science & Technology、Water Research等。授权发明专利30余项（包括美国专利3项），入选斯坦福大学“全球前2％顶尖科学家榜单”。共获省部级科技奖励6项，其中教育部自然科学一等奖1项、湖北省科技进步一等奖3项、湖北省技术发明一等奖1项等。周世发，胡广，李朝阳，邹庆芳，张志明，段华波，梁莎，杨家宽∗长江流域多介质污染协同控制湖北省重点实验室，华中科技大学 环境科学与工程学院
1. 国家自然科学基金重点基金资助项目(52330004)
2. 国家重点研发计划资助项目(2023YFC3902802)
太阳能等清洁能源是实现双碳目标的重要举措。截至2023年，我国累计光伏装机量已达到609GW，预计到2050年将增至约5000GW。相应地，报废太阳能光伏组件的数量将从目前约2.6万t增至2050年1500万t以上，其回收处理已成为制约产业可持续发展的重要因素之一。基于文献资料分析和相关实验研究，对太阳能光伏技术和产业发展、报废光伏组件产生量特性以及回收处理技术进行了深入分析和比较研究，涵盖了从传统晶硅光伏组件到以钙钛矿为主的新型薄膜太阳能电池组件。同时，还探究了特征污染物的控制策略，进而提出了报废光伏组件回收处理和污染控制技术的发展方向。为深入开展报废光伏组件的回收处理技术研究和产业实践提供参考，也为新能源固废综合治理提供依据。 为缓解能源危机并实现碳中和目标，具有清洁、安全特点的太阳能、风能是解决化石燃料短缺和环境污染问题的最佳替代方案之一。其中，太阳能是一种前景广阔的可再生能源，近年来全球的光伏装机量呈现指数增加，预计到2050年太阳能光伏装机容量将达到10980GW。太阳能光伏组件一般可使用25~30年，近年来包括中国在内的部分国家和地区开始大量报废光伏组件，预计到2050年全球累计废弃光伏组件将达7800万t。同时，因太阳能光伏组件含有铅、铬等危害组分，以及铝、银等高附加值材料，其具有资源与固废双重属性。然而，太阳能光伏组件的“三明治”结构，与传统固废利用与处置方式存在较大差异，逐渐成为新兴固废高效回收和处置亟待解决的突出难题。通过在中国知网和Web of Science以“光伏处置”（PV and disposal）、“光伏回收”（PV and recycling）和“光伏废弃”（PV and waste）等关键词进行文献检索和计量分析表明，围绕废弃光伏组件产生特性和回收处理技术相关研究快速增长，已成为国内外研究热点。相关出版物的数量和被引用次数都呈指数级增长，其中出版物的数量从2012年至今增加了近5倍。进一步对现有文献摘要中词汇出现次数进行统计，围绕废弃光伏组件的研究主要集中于产生与管理、回收利用与处置以及生命周期评价等领域。因此，本文主要综述光伏组件的回收利用和处理处置以及发展前景，以期为相关技术的方法选择及优化提供参考。![]()
图1 太阳能电池分类
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图2 我国光伏组件(a)装机量统计预测和(b)废弃量的估算和预测![]()
图3 光伏组件多级分类回收流程
周世发, 胡广, 李朝阳, 邹庆芳, 张志明, 段华波, 梁莎, 杨家宽. 报废光伏组件处理处置现状与发展趋势[J/OL].能源环境保护: 1-14[2024-09-26].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240904.ZHOU Shifa, HU Guang, LI Zhaoyang, ZOU Qingfang, ZHANG Zhiming, DUAN Huabo, LIANG Sha, YANG Jiakuan. Current situation and development trend of end-of-life photovoltaic module treatment and disposal[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-14[2024-09-26].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240904.
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2024年第3期
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编辑｜邵方嫄
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