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【光伏科普】关于“光伏发电 环境友好”的几点补充说明

由于太阳能资源极大丰富、分布广泛、应用方便,太阳能光伏发电成为世界各国普遍关注和重点发展的技术。发展太阳能在内的可再生能源战略新兴产业,加快能源结构调整,也是我国应对化石能源短缺和大气污染防治的双重难题的根本出路,近年来太阳能光伏发电成为能源产业发展的焦点。

为了配合国家清洁能源转型,消除社会公众疑虑,树立公众对于光伏发电未来必将大范围应用的信心,针对社会对光伏发电行业存在的环境污染误解,中国可再生能源学会光伏专委会曾于20145月发行《光伏发电环境友好》科普读本近万册,受到社会欢迎。

近期某些公众媒体仍旧散布一些针对光伏发电对环境影响的不实舆论,中国光伏行业协会针对这些言论,已经严肃指出谬误之处并表明观点以正视听,论述详实,有理有据,相关内容不再累牍赘述。本文将根据最新若干研究和实证成果,从全生命周期环境影响的理念出发,基于光伏发电全产业链条中的生产制造、安装应用、回收与再利用三个生命环节,针对光伏的环境友好性进行补充说明和观点表明

神奇问世,光伏制造。

晶体硅光伏组件制造流程,包括多晶硅提纯、硅片制造、电池制造、组件封装4个生产环节。工业生产制造过程中会产生一定的废气、废水或固体废物,统称为三废,光伏制造过程也不例外。光伏制造过程中产生的绝大部分污染物经简单处理后即可达到国家安全排放标准,处理过程简单且工艺成熟,对环境影响比较小,也有个别几种光伏行业特有的污染物,如:四氯化硅、废砂浆以及氟化物,也有明确清晰和环境友好的处理和回用,不会对环境造成危害。下文将介绍其处理过程


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四氯化硅的去向

四氯化硅具有强腐蚀性,遇空气后分解为硅酸和剧毒的氯化氢气体。四氯化硅产生于西门子法提纯多晶硅的环节,主要在两个化学反应过程中产生,一是金属硅(低纯度多晶硅)转化成三氯氢硅的过程;二是三氯氢硅高温热分解为高纯多晶硅的过程。产生的四氯化硅经过收集和提纯,通过冷氢化反应或热氢化反应转化为三氯氢硅,三氯氢硅接着热分解又形成高纯多晶硅。四氯化硅在硅提纯生产过程中目前可实现全闭环微排放,通过氢化处理有害的四氯化硅转换成为了具有很高经济价值的三氯氢硅。

在多晶硅提纯过程,会产生大量的四氯化硅,四氯化硅的回收再利用不仅仅对环境有益,更可带来经济价值。四氯化硅中硅元素的回收再利用实现了有害物质到有经济价值物质的转换。尤其目前的成本压力下,企业都积极进行四氯化硅回收再利用以达到利润最大化。


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废砂浆的回用

废砂浆产生于硅片切割过程,废砂浆由聚乙二醇及切割过程中产生的废硅粉和废碳化硅构成的,如果大量排放的话,其中的有机物聚乙二醇会造成水体和土壤的富营养化,对生态造成一定的破坏。为降低废弃物对环境的影响,降低生产成本及资源消耗量,光伏行业现已经实现废砂浆的回收再利用。切割的废砂浆直接流到收集缸,取出后由处理工厂回收处理,回收出纯度合格的聚乙二醇、碳化硅、甚至硅粉。回收出来的聚乙二醇和碳化硅可以用来做新的砂浆切割液,实现废砂浆的回收再利用,回收再利用不仅降低了生产成本,而且降低了资源消耗量,同时降低了硅片切割过程的经济成本。

另外,近年来金刚石线切割技术应用越来越普及,已大量取代普通不锈钢线切割技术应用在单晶切割中。金刚石线切割不仅切割速率高而且不再需要使用砂浆,未来随着金刚线切割技术市场份额的不断扩大,砂浆将被越来越少使用。


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氟化物的处理

氟化物是一种会对生态环境带来严重危害的物质,氟化物主要产生于硅料和硅片的清洗环节,其排放形式有两种,一种是废水,一种是废气。如下图所示,对于含氟废水,目前的工厂都设有专门的含氟废水处理池,通常情况下经过中和沉淀和絮凝沉淀等多道步骤后,氟化物被转化为沉淀物沉淀在处理池底部,混合其他物质成为污泥,一定时期后,污泥会被打捞成为制作空心砖的原料;含氟废气不直接排放,在排放前需经过水性溶液的淋洗。在淋洗过程中氟化物被收集在水溶液中形成含氟废水,被收集后进入含氟废水处理池进行处理。

2012-2014年中国可再生能源学会光伏专委会、浙江大学硅材料国家重点实验室与中国环科院合作完成环保部公益项目“新能源产业(太阳能电池板)环境影响与管理研究”,本研究实地调研多晶硅及硅片企业10多家,核算污染物产排污系数,提出晶体硅太阳能电池行业环境强度准入指标建议;同时建立晶体硅太阳能电池行业污染防治技术评估方法,形成晶体硅太阳能电池行业(晶体硅)污染防治最佳可行技术建议。

所有的工业生产过程中所有的过程都会带来环境影响,整体环境影响包括物料消耗,能源消耗,污染排放等过程,这些都可以通过LCA的方法量化整体分析。环保部环境公益项目“新能源产业(太阳能电池板)环境影响与管理研究”得出相关结论如下:从产业链过程看,高纯多晶硅生产、硅片生产、电池片生产和组件封装四个过程的环境影响分别占总环境影响的43.30%17.82%12.50%26.39%。而四个生产过程排放的污染物产生的环境影响分别占各自环节整体环境影响的0.02%0.69%1.93%0.00%,污染物排放总量产生环境影响仅占总环境影响的0.38%。总的说来,光伏生产阶段污染物排放带来的环境影响很小[1]

2015-2016年中国可再生能源学会光伏专委会再度与中国环科院合作开展《多晶硅制造业污染防治技术政策》编制。调研和编制工作正在进行,为了推动行业绿色发展,欢迎业界关注、支持和参与。主要用于制定多晶硅制造业(包括硅片制造)的发展政策,引导产业结构调整升级;同时作为环境保护相关规划、污染物排放标准、环境影响评价、总量控制、排污许可等环境管理有关工作的制定依据;在企业层面主要用于指导企业污染防治技术路线选择,引领污染防治技术进步,推动行业实现绿色发展。

生机勃发,发电应用
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太阳能资源取之不尽,用之不竭,可再生并洁净环保光伏

太阳辐射是地-气系统与大气热量的主要能源。太阳一刻也不停地向茫茫宇宙空间辐射这大量的电磁波。其中射向地球的那一部分,向地球输送了大量的光和热。地球在一年中从太阳获得的能量,相当于人类现有各种能源在同期内所提供的能量的上万倍[2]地球上的一些天然能源(如煤、石油等)可能有枯竭的那一天,而太阳能却是取之不尽,用之不竭的。

2
光伏发电原理先进,建设和发电形式极为简洁

太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式,是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式。太阳电池的基本原理为半导体的光伏效应,即在太阳光照射下产生光电压现象。

太阳能光伏发电利用太阳电池这种半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能,实现直接从光子到电子转换,没有中间过程(如热能-机械能、机械能-电磁能转换等)和机械运动。实验室研究的单个p-n结单晶硅电池效率最高已经接近25%;而多个p-n结的化合物半导体电池已经超过40%

太阳电池组件结构简单,体积小且轻,便于运输,易于建造安装,拆卸迁移,可根据不同系统容量,实现模块化安装,而且易于随时扩大发电容量大大缩短建设周期。

光伏发电系统无机械转动部件,不会产生噪声,无需燃料和水源,不受海拔、地域等因素的制约,应用范围广泛。更为重要的是操作维护简单,系统运行稳定性可靠性提高。随着自动控制技术的发展,光伏发电系统可实现无人值守运行,大大降低运行维护成本。

3
光伏发电过程中不排放温室气体和其它废气、废水,光伏电力是真正的环境友好型绿色电力

美国可再生能源国家实验室NREL基于对13个不同类型的多晶硅光伏系统的全生命周期二氧化碳排放研究,在辐射量为每年每平方米1,700千瓦时(kWh),系统寿命为30年,组件效率为13.2%-14.0%,系统发电效率为75%-80%的条件下,得出了多晶硅光伏系统全生命周期内每发一度电产生的二氧化碳的平均值为45克,而以煤为原料的火力发电全生命周期内每发一度电产生的二氧化碳的平均值1000[3]

根据世界自然基金会(WWF)的统计,在我国平均日照条件下,安装1千瓦光伏发电系统,1年可发出1200度电,可减少煤炭(标准煤)使用量约400千克,减少二氧化碳排放约1吨,形象地说,安装1平米太阳能光伏组件约相当于造林100平米。<

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