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為了配合國家清潔能源轉(zhuǎn)型，消除社會公眾疑慮，樹立公眾對于光伏發(fā)電未來必將大范圍應(yīng)用的信心，針對社會對光伏發(fā)電行業(yè)存在的環(huán)境污染誤解，中國可再生能源學(xué)會光伏專委會曾于2014年5月發(fā)行《光伏發(fā)電環(huán)境友好》科普讀本近萬冊，受到社會歡迎。
近期某些公眾媒體仍舊散布一些針對光伏發(fā)電對環(huán)境影響的不實(shí)輿論，中國光伏行業(yè)協(xié)會針對這些言論，已經(jīng)嚴(yán)肅指出謬誤之處并表明觀點(diǎn)以正視聽，論述詳實(shí)，有理有據(jù)，相關(guān)內(nèi)容不再累牘贅述。本文將根據(jù)最新若干研究和實(shí)證成果，從全生命周期環(huán)境影響的理念出發(fā)，基于光伏發(fā)電全產(chǎn)業(yè)鏈條中的生產(chǎn)制造、安裝應(yīng)用、回收與再利用三個生命環(huán)節(jié)，針對光伏的環(huán)境友好性進(jìn)行補(bǔ)充說明和觀點(diǎn)表明。
一 神奇問世，光伏制造。
晶體硅光伏組件制造流程，包括多晶硅提純、硅片制造、電池制造、組件封裝4個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)制造過程中會產(chǎn)生一定的廢氣、廢水或固體廢物，統(tǒng)稱為三廢，光伏制造過程也不例外。光伏制造過程中產(chǎn)生的絕大部分污染物經(jīng)簡單處理后即可達(dá)到國家安全排放標(biāo)準(zhǔn)，處理過程簡單且工藝成熟，對環(huán)境影響比較小，也有個別幾種光伏行業(yè)特有的污染物，如：四氯化硅、廢砂漿以及氟化物，也有明確清晰和環(huán)境友好的處理和回用，不會對環(huán)境造成危害。下文將介紹其處理過程。
1.四氯化硅的去向
四氯化硅具有強(qiáng)腐蝕性，遇空氣后分解為硅酸和劇毒的氯化氫氣體。四氯化硅產(chǎn)生于西門子法提純多晶硅的環(huán)節(jié)，主要在兩個化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生，一是金屬硅(低純度多晶硅)轉(zhuǎn)化成三氯氫硅的過程;二是三氯氫硅高溫?zé)岱纸鉃楦呒兌嗑Ч璧倪^程。產(chǎn)生的四氯化硅經(jīng)過收集和提純，通過冷氫化反應(yīng)或熱氫化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三氯氫硅，三氯氫硅接著熱分解又形成高純多晶硅。四氯化硅在硅提純生產(chǎn)過程中目前可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)微排放，通過氫化處理有害的四氯化硅轉(zhuǎn)換成為了具有很高經(jīng)濟(jì)價值的三氯氫硅。
在多晶硅提純過程，會產(chǎn)生大量的四氯化硅，四氯化硅的回收再利用不僅僅對環(huán)境有益，更可帶來經(jīng)濟(jì)價值。四氯化硅中硅元素的回收再利用實(shí)現(xiàn)了有害物質(zhì)到有經(jīng)濟(jì)價值物質(zhì)的轉(zhuǎn)換。尤其目前的成本壓力下，企業(yè)都積極進(jìn)行四氯化硅回收再利用以達(dá)到利潤最大化。
2.廢砂漿的回用
廢砂漿產(chǎn)生于硅片切割過程，廢砂漿由聚乙二醇及切割過程中產(chǎn)生的廢硅粉和廢碳化硅構(gòu)成的，如果大量排放的話，其中的有機(jī)物聚乙二醇會造成水體和土壤的富營養(yǎng)化,對生態(tài)造成一定的破壞。為降低廢棄物對環(huán)境的影響，降低生產(chǎn)成本及資源消耗量，光伏行業(yè)現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廢砂漿的回收再利用。切割的廢砂漿直接流到收集缸，取出后由處理工廠回收處理，回收出純度合格的聚乙二醇、碳化硅、甚至硅粉?；厥粘鰜淼木垡叶己吞蓟杩梢杂脕碜鲂碌纳皾{切割液，實(shí)現(xiàn)廢砂漿的回收再利用，回收再利用不僅降低了生產(chǎn)成本，而且降低了資源消耗量，同時降低了硅片切割過程的經(jīng)濟(jì)成本。
另外，近年來金剛石線切割技術(shù)應(yīng)用越來越普及，已大量取代普通不銹鋼線切割技術(shù)應(yīng)用在單晶切割中。金剛石線切割不僅切割速率高而且不再需要使用砂漿，未來隨著金剛線切割技術(shù)市場份額的不斷擴(kuò)大，砂漿將被越來越少使用。
廢砂漿產(chǎn)生于硅片切割過程，廢砂漿由聚乙二醇及切割過程中產(chǎn)生的廢硅粉和廢碳化硅構(gòu)成的，如果大量排放的話，其中的有機(jī)物聚乙二醇會造成水體和土壤的富營養(yǎng)化,對生態(tài)造成一定的破壞。為降低廢棄物對環(huán)境的影響，降低生產(chǎn)成本及資源消耗量，光伏行業(yè)現(xiàn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)廢砂漿的回收再利用。切割的廢砂漿直接流到收集缸，取出后由處理工廠回收處理，回收出純度合格的聚乙二醇、碳化硅、甚至硅粉?；厥粘鰜淼木垡叶己吞蓟杩梢杂脕碜鲂碌纳皾{切割液，實(shí)現(xiàn)廢砂漿的回收再利用，回收再利用不僅降低了生產(chǎn)成本，而且降低了資源消耗量，同時降低了硅片切割過程的經(jīng)濟(jì)成本。
另外，近年來金剛石線切割技術(shù)應(yīng)用越來越普及，已大量取代普通不銹鋼線切割技術(shù)應(yīng)用在單晶切割中。金剛石線切割不僅切割速率高而且不再需要使用砂漿，未來隨著金剛線切割技術(shù)市場份額的不斷擴(kuò)大，砂漿將被越來越少使用。
氟化物是一種會對生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重危害的物質(zhì)，氟化物主要產(chǎn)生于硅料和硅片的清洗環(huán)節(jié)，其排放形式有兩種，一種是廢水，一種是廢氣。如下圖所示，對于含氟廢水，目前的工廠都設(shè)有專門的含氟廢水處理池，通常情況下經(jīng)過中和沉淀和絮凝沉淀等多道步驟后，氟化物被轉(zhuǎn)化為沉淀物沉淀在處理池底部，混合其他物質(zhì)成為污泥，一定時期后，污泥會被打撈成為制作空心磚的原料;含氟廢氣不直接排放，在排放前需經(jīng)過水性溶液的淋洗。在淋洗過程中氟化物被收集在水溶液中形成含氟廢水，被收集后進(jìn)入含氟廢水處理池進(jìn)行處理。
2012-2014年中國可再生能源學(xué)會光伏專委會、浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中國環(huán)科院合作完成環(huán)保部公益項(xiàng)目“新能源產(chǎn)業(yè)(太陽能電池板)環(huán)境影響與管理研究”，本研究實(shí)地調(diào)研多晶硅及硅片企業(yè)10多家，核算污染物產(chǎn)排污系數(shù)，提出晶體硅太陽能電池行業(yè)環(huán)境強(qiáng)度準(zhǔn)入指標(biāo)建議;同時建立晶體硅太陽能電池行業(yè)污染防治技術(shù)評估方法，形成晶體硅太陽能電池行業(yè)(晶體硅)污染防治最佳可行技術(shù)建議。
所有的工業(yè)生產(chǎn)過程中所有的過程都會帶來環(huán)境影響，整體環(huán)境影響包括物料消耗，能源消耗，污染排放等過程，這些都可以通過LCA的方法量化整體分析。環(huán)保部環(huán)境公益項(xiàng)目“新能源產(chǎn)業(yè)(太陽能電池板)環(huán)境影響與管理研究”得出相關(guān)結(jié)論如下：從產(chǎn)業(yè)鏈過程看，高純多晶硅生產(chǎn)、硅片生產(chǎn)、電池片生產(chǎn)和組件封裝四個過程的環(huán)境影響分別占總環(huán)境影響的43.30%、17.82%、12.50%和26.39%。而四個生產(chǎn)過程排放的污染物產(chǎn)生的環(huán)境影響分別占各自環(huán)節(jié)整體環(huán)境影響的0.02%、0.69%、1.93%和0.00%，污染物排放總量產(chǎn)生環(huán)境影響僅占總環(huán)境影響的0.38%?？偟恼f來，光伏生產(chǎn)階段污染物排放帶來的環(huán)境影響很小[1]。
2015-2016年中國可再生能源學(xué)會光伏專委會再度與中國環(huán)科院合作開展《多晶硅制造業(yè)污染防治技術(shù)政策》編制。調(diào)研和編制工作正在進(jìn)行，為了推動行業(yè)綠色發(fā)展，歡迎業(yè)界關(guān)注、支持和參與。主要用于制定多晶硅制造業(yè)(包括硅片制造)的發(fā)展政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級;同時作為環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)劃、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境影響評價、總量控制、排污許可等環(huán)境管理有關(guān)工作的制定依據(jù);在企業(yè)層面主要用于指導(dǎo)企業(yè)污染防治技術(shù)路線選擇，引領(lǐng)污染防治技術(shù)進(jìn)步，推動行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。
二 生機(jī)勃發(fā)，發(fā)電應(yīng)用
1.太陽能資源取之不盡，用之不竭，可再生并潔凈環(huán)保光伏
太陽輻射是地-氣系統(tǒng)與大氣熱量的主要能源。太陽一刻也不停地向茫茫宇宙空間輻射這大量的電磁波。其中射向地球的那一部分，向地球輸送了大量的光和熱。地球在一年中從太陽獲得的能量，相當(dāng)于人類現(xiàn)有各種能源在同期內(nèi)所提供的能量的上萬倍[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，而太陽能卻是取之不盡，用之不竭的。
2.光伏發(fā)電原理先進(jìn)，建設(shè)和發(fā)電形式極為簡潔
太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，即在太陽光照射下產(chǎn)生光電壓現(xiàn)象。
太陽能光伏發(fā)電利用太陽電池這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，實(shí)現(xiàn)直接從光子到電子轉(zhuǎn)換，沒有中間過程(如熱能-機(jī)械能、機(jī)械能-電磁能轉(zhuǎn)換等)和機(jī)械運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)室研究的單個p-n結(jié)單晶硅電池效率最高已經(jīng)接近25%;而多個p-n結(jié)的化合物半導(dǎo)體電池已經(jīng)超過40%。
太陽電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小且輕，便于運(yùn)輸，易于建造安裝，拆卸遷移，可根據(jù)不同系統(tǒng)容量，實(shí)現(xiàn)模塊化安裝，而且易于隨時擴(kuò)大發(fā)電容量大大縮短建設(shè)周期。
光伏發(fā)電系統(tǒng)無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，不會產(chǎn)生噪聲，無需燃料和水源，不受海拔、地域等因素的制約，應(yīng)用范圍廣泛。更為重要的是操作維護(hù)簡單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性可靠性提高。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行，大大降低運(yùn)行維護(hù)成本。
3.光伏發(fā)電過程中不排放溫室氣體和其它廢氣、廢水，光伏電力是真正的環(huán)境友好型綠色電力
美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室NREL基于對13個不同類型的多晶硅光伏系統(tǒng)的全生命周期二氧化碳排放研究，在輻射量為每年每平方米1,700千瓦時(kWh)，系統(tǒng)壽命為30年，組件效率為13.2%-14.0%，系統(tǒng)發(fā)電效率為75%-80%的條件下，得出了多晶硅光伏系統(tǒng)全生命周期內(nèi)每發(fā)一度電產(chǎn)生的二氧化碳的平均值為45克，而以煤為原料的火力發(fā)電全生命周期內(nèi)每發(fā)一度電產(chǎn)生的二氧化碳的平均值1000克[3]。
根據(jù)世界自然基金會(WWF)的統(tǒng)計(jì)，在我國平均日照條件下，安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1年可發(fā)出1200度電，可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克，減少二氧化碳排放約1噸，形象地說，安裝1平米太陽能光伏組件約相當(dāng)于造林100平米。
4.光伏發(fā)電系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，使用壽命長
經(jīng)過2015年中國可再生能源學(xué)會光伏專委會在西部大型光伏電站現(xiàn)場檢測和調(diào)研基礎(chǔ)上，得出目前國內(nèi)光伏系統(tǒng)電站能效比PR值多分布在70-80%之間，通過PR測評找到問題所在，結(jié)合光伏電站全流程優(yōu)化，光伏系統(tǒng)25年整體綜合能效仍有大幅提高空間。
世界多家著名實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)都已開展相關(guān)研究和論證，如美國NREL國家實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所，在長期戶外曝曬實(shí)證試驗(yàn)后的認(rèn)為晶體硅組件衰減較低，完全可實(shí)現(xiàn)25年以上的完美運(yùn)行。這里所說的組件25年，是指25年保質(zhì)期，即25年衰減率不超過標(biāo)稱功率20%，很多實(shí)證案例證明光伏組件完全可以在30年甚至更長時間內(nèi)為人類持續(xù)提供清潔電力。
中國可再生能源學(xué)會光伏專委會在2015年開展公益科研活動“尋找中國最美光伏組件”項(xiàng)目歷時一年，踏遍10個省市，逾3萬公里，尋訪并收集了云南、西藏、青海、新疆、海南、廣東、內(nèi)蒙古、北京等地實(shí)際發(fā)電運(yùn)行10年以上、20年以上、30年以上的光伏老組件樣品，研究了在不同資源和氣候環(huán)境下光伏組件的電性能和材料性能的穩(wěn)定性、長效性和耐候性，探索組件老化和效率的衰減與失效機(jī)理，在2015年10月13-15日在北京舉辦的“中國光伏大會暨國際展覽會”上進(jìn)行了首展，向業(yè)界和公眾展示了運(yùn)行仍在完美發(fā)電的老組件，提振行業(yè)信心。
公益科研項(xiàng)目“尋找中國最美老組件”的尋找和研究活動沒有停止，還在持續(xù)，我們收集的珍貴老組件，一方面將用于在中科院電工研究所內(nèi)建立中國的“老組件博物館”，另一方面通過對不同地域老組件的性能分析探索失效機(jī)理，以及延伸的加速老化速度和可靠性測試方法。未來，中國可再生能源學(xué)會光伏專委會將基于此活動開展持續(xù)研究，如晶體硅光伏組件在特定氣氣候環(huán)境及安裝方式下的衰減軌跡模型等。
5.光伏發(fā)電為局地微氣候環(huán)境改善帶來正能量
針對大型人造工程對局地環(huán)境的影響，近年來越來越得到國際環(huán)境管理和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，光伏電站也不例外。但目前國際上對于光伏電站的氣候環(huán)境效應(yīng)研究非常少，已有研究多集中在模擬計(jì)算大型光伏電站對局地大氣溫度的影響，僅有少數(shù)幾個項(xiàng)目建立了相關(guān)監(jiān)測平臺，但迄今為止沒有看到相關(guān)結(jié)論性意見。為了填補(bǔ)國際研究空白，并通過實(shí)證觀測論證光伏電站的環(huán)境影響，“十二五”期間，在科技部863項(xiàng)目的支持下，國內(nèi)首次開展了大型光伏電站對局地氣候環(huán)境效應(yīng)研究，該任務(wù)由中科院電工研究所，中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、華北電力大學(xué)、北京計(jì)科電中心等單位共同承擔(dān)。課題組在格爾木光伏電站建設(shè)了光伏電站氣候環(huán)境監(jiān)測平臺，建立了光伏電站內(nèi)外大氣、土壤和電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大氣不同高度風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、空氣濕度及太陽輻射四分量，土壤不同深度土壤溫度和土壤濕度及電磁四因子(工頻電場、工頻磁場、無線電干擾與可聽噪聲)的長達(dá)3年以上的數(shù)據(jù)采集。利用大氣數(shù)值模式，實(shí)現(xiàn)了對大型光伏電站對荒漠地區(qū)局地環(huán)境氣候影響的評估。研究結(jié)論如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)在自身發(fā)電過程中不但不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，還可以對局地微氣候和生態(tài)環(huán)境起到改善作用。從光伏電站對大氣、土壤的影響研究結(jié)果來看具體如下：
光伏電站是一個能量匯(冷源)，站內(nèi)等效氣溫低于站外，對局地空氣有降溫作用;
光伏電站對近地層大氣在夜間有保溫效應(yīng)，在白天有降溫效應(yīng)，可減小氣溫日較差;
光伏電站內(nèi)空氣相對濕度大于站外，對空氣有增濕效應(yīng);
光伏電站在白天對土壤有遮陰作用，與自然下墊面相比，降低了土壤溫度，有冷卻效應(yīng);而夜晚相反，有保溫效應(yīng)。在土壤淺層光伏電站內(nèi)外土壤溫度差異顯著，光伏電站內(nèi)土壤溫度日較差明顯低于站外;
光伏電站對于土壤濕度的影響表現(xiàn)在增濕作用。對于格爾木戈壁地區(qū)光伏電站內(nèi)土壤濕度比場外大3-4倍。。。。。。
綜上所述，由于光伏組件的遮蓋，使得光伏電站場內(nèi)淺層土壤溫度保持穩(wěn)定，土壤水分蒸發(fā)量減小，近地表空氣晝夜溫差縮小，這些空氣、土壤溫濕度條件綜合在一起，有助于土壤涵養(yǎng)水分和微生物的滋養(yǎng)，對于改善光伏電站局地生態(tài)環(huán)境起到積極作用[4]。
6.光伏電站運(yùn)行期有益于水土保持
光伏電站在建成后，地表狀況有2-3年的自然恢復(fù)期。根據(jù)有關(guān)光伏電站水土保持方案報告書及光伏電站實(shí)際運(yùn)行情況，光伏電站在運(yùn)行期可以有效減少水土流失速率，生態(tài)環(huán)境得到有效改善。這主要是因?yàn)楣夥姵匕鍖Φ乇盹L(fēng)的阻擋作用，有效降低了地面風(fēng)速，同時減少了光伏電站內(nèi)的地表蒸發(fā)，增大了土壤濕度，從而減少了水土流失量，對水土保持和植被恢復(fù)是有益的。
7.光伏電站運(yùn)行期沒有光污染問題
因在太陽電池表面涂覆了減反射膜，故在陽光下電池呈藍(lán)色，但卻可增加太陽電池的光吸收，降低太陽電池板表面反射太陽光;電池上覆蓋壓花超白鋼化玻璃，增加了光的漫反射，最大限度地降低了光的定向反射，避免了光伏電板反射太陽光對航空、人群及行駛的車輛的影響。如果電站周圍沒有光敏感保護(hù)目標(biāo)，則光污染影響可忽略。
8.光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電過程中不會對人體產(chǎn)生電磁危害
光伏電站通過太陽能板和匯集箱將直流電送到逆變器，逆變?yōu)榻涣骱筝斔偷阶冸娬旧龎涸偎椭岭娋W(wǎng)。由于在變壓器升壓前，其電壓一般低于35kV。參考國際衛(wèi)生組織(WHO)、國際非電離輻射防護(hù)委員會(ICNIRP)和我國相關(guān)電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，在環(huán)境研究項(xiàng)目中經(jīng)科學(xué)測定得出結(jié)論：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電磁環(huán)境低于各項(xiàng)指標(biāo)的限值，在工頻段，太陽能光伏電站電磁場輻射值甚至低于常用家用電器，不會對人身健康產(chǎn)生影響。工頻電場、工頻磁場和可聽噪聲測量結(jié)果具體如下：
光伏電站內(nèi)逆變室、匯集站、太陽板下、匯流箱等區(qū)域的工頻電場、工頻磁場遠(yuǎn)低于公眾暴露限值，站內(nèi)變電站區(qū)域工頻電場和工頻磁場與常規(guī)交流變電站相同，不存在對人員、動植物等電磁環(huán)境影響的特殊性;
光伏電站站界外，無線電干擾已經(jīng)與背景噪聲相同，因此對于站外的設(shè)備、人員和動植物沒有影響;在站內(nèi)測試的可聽噪聲與站外測試獲得的背景噪聲幾乎相同，光伏電站內(nèi)也不存在可聽噪聲的影響。
比一比：工頻下光伏電站與常用家用電器電磁輻射測試結(jié)果對比[5]
所有的工業(yè)生產(chǎn)過程中所有的過程都會帶來環(huán)境影響，整體環(huán)境影響包括物料消耗，能源消耗，污染排放等過程，這些都可以通過LCA的方法量化整體分析。環(huán)保部環(huán)境公益項(xiàng)目“新能源產(chǎn)業(yè)(太陽能電池板)環(huán)境影響與管理研究”得出相關(guān)結(jié)論如下：從產(chǎn)業(yè)鏈過程看，高純多晶硅生產(chǎn)、硅片生產(chǎn)、電池片生產(chǎn)和組件封裝四個過程的環(huán)境影響分別占總環(huán)境影響的43.30%、17.82%、12.50%和26.39%。而四個生產(chǎn)過程排放的污染物產(chǎn)生的環(huán)境影響分別占各自環(huán)節(jié)整體環(huán)境影響的0.02%、0.69%、1.93%和0.00%，污染物排放總量產(chǎn)生環(huán)境影響僅占總環(huán)境影響的0.38%?？偟恼f來，光伏生產(chǎn)階段污染物排放帶來的環(huán)境影響很小[1]。
2015-2016年中國可再生能源學(xué)會光伏專委會再度與中國環(huán)科院合作開展《多晶硅制造業(yè)污染防治技術(shù)政策》編制。調(diào)研和編制工作正在進(jìn)行，為了推動行業(yè)綠色發(fā)展，歡迎業(yè)界關(guān)注、支持和參與。主要用于制定多晶硅制造業(yè)(包括硅片制造)的發(fā)展政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級;同時作為環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)劃、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境影響評價、總量控制、排污許可等環(huán)境管理有關(guān)工作的制定依據(jù);在企業(yè)層面主要用于指導(dǎo)企業(yè)污染防治技術(shù)路線選擇，引領(lǐng)污染防治技術(shù)進(jìn)步，推動行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。
二 生機(jī)勃發(fā)，發(fā)電應(yīng)用
1.太陽能資源取之不盡，用之不竭，可再生并潔凈環(huán)保光伏
太陽輻射是地-氣系統(tǒng)與大氣熱量的主要能源。太陽一刻也不停地向茫茫宇宙空間輻射這大量的電磁波。其中射向地球的那一部分，向地球輸送了大量的光和熱。地球在一年中從太陽獲得的能量，相當(dāng)于人類現(xiàn)有各種能源在同期內(nèi)所提供的能量的上萬倍[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，而太陽能卻是取之不盡，用之不竭的。
2.光伏發(fā)電原理先進(jìn)，建設(shè)和發(fā)電形式極為簡潔
太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式。太陽電池的基本原理為半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，即在太陽光照射下產(chǎn)生光電壓現(xiàn)象。
太陽能光伏發(fā)電利用太陽電池這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，實(shí)現(xiàn)直接從光子到電子轉(zhuǎn)換，沒有中間過程(如熱能-機(jī)械能、機(jī)械能-電磁能轉(zhuǎn)換等)和機(jī)械運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)室研究的單個p-n結(jié)單晶硅電池效率最高已經(jīng)接近25%;而多個p-n結(jié)的化合物半導(dǎo)體電池已經(jīng)超過40%。
太陽電池組件結(jié)構(gòu)簡單，體積小且輕，便于運(yùn)輸，易于建造安裝，拆卸遷移，可根據(jù)不同系統(tǒng)容量，實(shí)現(xiàn)模塊化安裝，而且易于隨時擴(kuò)大發(fā)電容量大大縮短建設(shè)周期。
光伏發(fā)電系統(tǒng)無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，不會產(chǎn)生噪聲，無需燃料和水源，不受海拔、地域等因素的制約，應(yīng)用范圍廣泛。更為重要的是操作維護(hù)簡單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性可靠性提高。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行，大大降低運(yùn)行維護(hù)成本。
3.光伏發(fā)電過程中不排放溫室氣體和其它廢氣、廢水，光伏電力是真正的環(huán)境友好型綠色電力
美國可再生能源國家實(shí)驗(yàn)室NREL基于對13個不同類型的多晶硅光伏系統(tǒng)的全生命周期二氧化碳排放研究，在輻射量為每年每平方米1,700千瓦時(kWh)，系統(tǒng)壽命為30年，組件效率為13.2%-14.0%，系統(tǒng)發(fā)電效率為75%-80%的條件下，得出了多晶硅光伏系統(tǒng)全生命周期內(nèi)每發(fā)一度電產(chǎn)生的二氧化碳的平均值為45克，而以煤為原料的火力發(fā)電全生命周期內(nèi)每發(fā)一度電產(chǎn)生的二氧化碳的平均值1000克[3]。
根據(jù)世界自然基金會(WWF)的統(tǒng)計(jì)，在我國平均日照條件下，安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1年可發(fā)出1200度電，可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克，減少二氧化碳排放約1噸，形象地說，安裝1平米太陽能光伏組件約相當(dāng)于造林100平米。
4.光伏發(fā)電系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，使用壽命長
經(jīng)過2015年中國可再生能源學(xué)會光伏專委會在西部大型光伏電站現(xiàn)場檢測和調(diào)研基礎(chǔ)上，得出目前國內(nèi)光伏系統(tǒng)電站能效比PR值多分布在70-80%之間，通過PR測評找到問題所在，結(jié)合光伏電站全流程優(yōu)化，光伏系統(tǒng)25年整體綜合能效仍有大幅提高空間。
世界多家著名實(shí)驗(yàn)室和研究機(jī)構(gòu)都已開展相關(guān)研究和論證，如美國NREL國家實(shí)驗(yàn)室、中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所，在長期戶外曝曬實(shí)證試驗(yàn)后的認(rèn)為晶體硅組件衰減較低，完全可實(shí)現(xiàn)25年以上的完美運(yùn)行。這里所說的組件25年，是指25年保質(zhì)期，即25年衰減率不超過標(biāo)稱功率20%，很多實(shí)證案例證明光伏組件完全可以在30年甚至更長時間內(nèi)為人類持續(xù)提供清潔電力。
中國可再生能源學(xué)會光伏專委會在2015年開展公益科研活動“尋找中國最美光伏組件”項(xiàng)目歷時一年，踏遍10個省市，逾3萬公里，尋訪并收集了云南、西藏、青海、新疆、海南、廣東、內(nèi)蒙古、北京等地實(shí)際發(fā)電運(yùn)行10年以上、20年以上、30年以上的光伏老組件樣品，研究了在不同資源和氣候環(huán)境下光伏組件的電性能和材料性能的穩(wěn)定性、長效性和耐候性，探索組件老化和效率的衰減與失效機(jī)理，在2015年10月13-15日在北京舉辦的“中國光伏大會暨國際展覽會”上進(jìn)行了首展，向業(yè)界和公眾展示了運(yùn)行仍在完美發(fā)電的老組件，提振行業(yè)信心。
公益科研項(xiàng)目“尋找中國最美老組件”的尋找和研究活動沒有停止，還在持續(xù)，我們收集的珍貴老組件，一方面將用于在中科院電工研究所內(nèi)建立中國的“老組件博物館”，另一方面通過對不同地域老組件的性能分析探索失效機(jī)理，以及延伸的加速老化速度和可靠性測試方法。未來，中國可再生能源學(xué)會光伏專委會將基于此活動開展持續(xù)研究，如晶體硅光伏組件在特定氣氣候環(huán)境及安裝方式下的衰減軌跡模型等。
5.光伏發(fā)電為局地微氣候環(huán)境改善帶來正能量
針對大型人造工程對局地環(huán)境的影響，近年來越來越得到國際環(huán)境管理和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，光伏電站也不例外。但目前國際上對于光伏電站的氣候環(huán)境效應(yīng)研究非常少，已有研究多集中在模擬計(jì)算大型光伏電站對局地大氣溫度的影響，僅有少數(shù)幾個項(xiàng)目建立了相關(guān)監(jiān)測平臺，但迄今為止沒有看到相關(guān)結(jié)論性意見。為了填補(bǔ)國際研究空白，并通過實(shí)證觀測論證光伏電站的環(huán)境影響，“十二五”期間，在科技部863項(xiàng)目的支持下，國內(nèi)首次開展了大型光伏電站對局地氣候環(huán)境效應(yīng)研究，該任務(wù)由中科院電工研究所，中科院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、華北電力大學(xué)、北京計(jì)科電中心等單位共同承擔(dān)。課題組在格爾木光伏電站建設(shè)了光伏電站氣候環(huán)境監(jiān)測平臺，建立了光伏電站內(nèi)外大氣、土壤和電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大氣不同高度風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、空氣濕度及太陽輻射四分量，土壤不同深度土壤溫度和土壤濕度及電磁四因子(工頻電場、工頻磁場、無線電干擾與可聽噪聲)的長達(dá)3年以上的數(shù)據(jù)采集。利用大氣數(shù)值模式，實(shí)現(xiàn)了對大型光伏電站對荒漠地區(qū)局地環(huán)境氣候影響的評估。研究結(jié)論如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)在自身發(fā)電過程中不但不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響，還可以對局地微氣候和生態(tài)環(huán)境起到改善作用。從光伏電站對大氣、土壤的影響研究結(jié)果來看具體如下：
光伏電站是一個能量匯(冷源)，站內(nèi)等效氣溫低于站外，對局地空氣有降溫作用;
光伏電站對近地層大氣在夜間有保溫效應(yīng)，在白天有降溫效應(yīng)，可減小氣溫日較差;
光伏電站內(nèi)空氣相對濕度大于站外，對空氣有增濕效應(yīng);
光伏電站在白天對土壤有遮陰作用，與自然下墊面相比，降低了土壤溫度，有冷卻效應(yīng);而夜晚相反，有保溫效應(yīng)。在土壤淺層光伏電站內(nèi)外土壤溫度差異顯著，光伏電站內(nèi)土壤溫度日較差明顯低于站外;
光伏電站對于土壤濕度的影響表現(xiàn)在增濕作用。對于格爾木戈壁地區(qū)光伏電站內(nèi)土壤濕度比場外大3-4倍。。。。。。
綜上所述，由于光伏組件的遮蓋，使得光伏電站場內(nèi)淺層土壤溫度保持穩(wěn)定，土壤水分蒸發(fā)量減小，近地表空氣晝夜溫差縮小，這些空氣、土壤溫濕度條件綜合在一起，有助于土壤涵養(yǎng)水分和微生物的滋養(yǎng)，對于改善光伏電站局地生態(tài)環(huán)境起到積極作用[4]。
6.光伏電站運(yùn)行期有益于水土保持
光伏電站在建成后，地表狀況有2-3年的自然恢復(fù)期。根據(jù)有關(guān)光伏電站水土保持方案報告書及光伏電站實(shí)際運(yùn)行情況，光伏電站在運(yùn)行期可以有效減少水土流失速率，生態(tài)環(huán)境得到有效改善。這主要是因?yàn)楣夥姵匕鍖Φ乇盹L(fēng)的阻擋作用，有效降低了地面風(fēng)速，同時減少了光伏電站內(nèi)的地表蒸發(fā)，增大了土壤濕度，從而減少了水土流失量，對水土保持和植被恢復(fù)是有益的。
7.光伏電站運(yùn)行期沒有光污染問題
因在太陽電池表面涂覆了減反射膜，故在陽光下電池呈藍(lán)色，但卻可增加太陽電池的光吸收，降低太陽電池板表面反射太陽光;電池上覆蓋壓花超白鋼化玻璃，增加了光的漫反射，最大限度地降低了光的定向反射，避免了光伏電板反射太陽光對航空、人群及行駛的車輛的影響。如果電站周圍沒有光敏感保護(hù)目標(biāo)，則光污染影響可忽略。
8.光伏發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)電過程中不會對人體產(chǎn)生電磁危害
光伏電站通過太陽能板和匯集箱將直流電送到逆變器，逆變?yōu)榻涣骱筝斔偷阶冸娬旧龎涸偎椭岭娋W(wǎng)。由于在變壓器升壓前，其電壓一般低于35kV。參考國際衛(wèi)生組織(WHO)、國際非電離輻射防護(hù)委員會(ICNIRP)和我國相關(guān)電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，在環(huán)境研究項(xiàng)目中經(jīng)科學(xué)測定得出結(jié)論：太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電磁環(huán)境低于各項(xiàng)指標(biāo)的限值，在工頻段，太陽能光伏電站電磁場輻射值甚至低于常用家用電器，不會對人身健康產(chǎn)生影響。工頻電場、工頻磁場和可聽噪聲測量結(jié)果具體如下：
光伏電站內(nèi)逆變室、匯集站、太陽板下、匯流箱等區(qū)域的工頻電場、工頻磁場遠(yuǎn)低于公眾暴露限值，站內(nèi)變電站區(qū)域工頻電場和工頻磁場與常規(guī)交流變電站相同，不存在對人員、動植物等電磁環(huán)境影響的特殊性;
光伏電站站界外，無線電干擾已經(jīng)與背景噪聲相同，因此對于站外的設(shè)備、人員和動植物沒有影響;在站內(nèi)測試的可聽噪聲與站外測試獲得的背景噪聲幾乎相同，光伏電站內(nèi)也不存在可聽噪聲的影響。
比一比：工頻下光伏電站與常用家用電器電磁輻射測試結(jié)果對比[5]
2016年5月，接受國家能源局委托，中國可再生能源學(xué)會光伏專委會針對農(nóng)業(yè)光伏推廣中，相關(guān)國土、農(nóng)業(yè)主管部門對光伏與農(nóng)業(yè)環(huán)境影響提出的若干疑慮和問題，基于以上研究成果，適時提出了客觀分析報告和“光伏電站在建設(shè)期對環(huán)境的影響非常小，可完全滿足國家環(huán)評要求。光伏電站在運(yùn)行期，廢氣、廢水及固廢方面對環(huán)境影響非常小，可完全滿足國家環(huán)評要求;對局域生態(tài)的影響方面，從電磁、大氣、土壤，水土流失等方面的現(xiàn)有研究結(jié)果來看，未見不利影響”的主要觀點(diǎn)，助力國家在農(nóng)業(yè)光伏的市場發(fā)展推廣上繼續(xù)積極部署。
三 涅槃重生，回收處理
太陽能光伏組件的壽命約為25年，隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，在未來會有大量的退役光伏組件面臨回收再利用的問題。國際上對于光伏組件回收技術(shù)的研究已有10多年，歐洲、美國、日本及韓國等國家和地區(qū)都積極開展了相關(guān)的研究工作。同時，歐盟修訂了報廢電子電氣設(shè)備(WEEE)指令，自2014年2月起全面正式生效。WEEE修訂版第一次將光伏組件納入其中，規(guī)定報廢的光伏組件和家用電器作為一類產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)制回收處理。因此，光伏組件的回收與無害化處理是當(dāng)前國際國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界十分關(guān)注的問題，對于有效緩解資源供應(yīng)的緊張及避免環(huán)境污染有著重要的意義。
在我國，隨著近幾年光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，光伏組件回收的技術(shù)和政策體系也逐步受到關(guān)注。據(jù)中科院電工所于“十二五”863光伏組件回收項(xiàng)目的研究預(yù)測，到2034年，我國將產(chǎn)生至少60-70GW的廢棄光伏組件。光伏組件中的硅，銀，銅，鋁等有價值的資源，大部分都能通過回收實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)再利用，可節(jié)約資源,減少對原生資源的開采及降低資源提煉的耗能,從而減輕由此帶來的生態(tài)環(huán)境影響及破壞。國家科技部和環(huán)保部都于近期部署了相應(yīng)的研究項(xiàng)目開展工作，致力于探索能耗低、污染小、資源化再利用率高、經(jīng)濟(jì)可行的光伏組件回收再利用技術(shù)路徑。
最后，讓我們告訴身邊的人：光伏發(fā)電，環(huán)境友好，百年大計(jì)[6]。
光伏不弱了。中國，從2007年起已經(jīng)連續(xù)近10年成為世界第一大光伏產(chǎn)品制造國，并且連續(xù)3年成為世界光伏安裝應(yīng)用第一大國…
光伏不落后了?？删吹闹袊夥巳缈涓缸啡眨胧兰o(jì)兢兢業(yè)業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新，中國制造屢屢刷新世界光伏電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄…
光伏不貴了。在過去的10年內(nèi)價格已經(jīng)下降為原來的十分之一。中國制造成本下降，促使全球24國光伏平價上網(wǎng)時代到來，也為我國太陽能規(guī)?；瘧?yīng)用奠定基礎(chǔ)…
光伏不高能耗了。發(fā)電1.17年即可全部回收制造過程的能源消耗，另外它至少可以如歲月靜好般的為您服務(wù)25年，甚至更久…
光伏不臟不污染了。閉環(huán)生產(chǎn)和物料循環(huán)完全可以做到清潔生產(chǎn)環(huán)境友好…
光伏不神秘不遙遠(yuǎn)了。57萬平方公里荒漠戈壁，僅開發(fā)5%用于光伏發(fā)電即可年發(fā)電約2.4萬億度電，相當(dāng)于2013年29個三峽電站的年發(fā)電量;除了荒漠戈壁，我們還有60億平米建筑可利用面積[7]，還有超過200萬公頃日光溫室和農(nóng)業(yè)大棚，光伏將如星星之火燎原之勢般走進(jìn)我們的生活…
光伏不孤獨(dú)了。近3年來中央能源主管部委每年共出臺約30多項(xiàng)激勵政策鼎力支持、國家電網(wǎng)積極服務(wù)歡迎接納電力家庭新成員、銀行金融保險也紛紛加入朝陽投資…
盡量告訴身邊的人，特別是孩子：“未來，你們還可以，這樣生活”。[8]
[1] 環(huán)保部環(huán)境公益項(xiàng)目“新能源產(chǎn)業(yè)(太陽能電池板)環(huán)境影響與管理研究”《Pollutant payback Time, Environmental Impact of Chinese Multi-Crystalline Photovoltaic Production based on Life Cycle Assessmen》MinghuiXie etc.2016
[2]中國數(shù)字科技館地球資源博覽館: http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/diqiuziyuan/cr2_1.html
[3] NREL:Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Crystalline Silicon Photovoltaic Electricity Generation: Systematic Review and Harmonization”
[4]《光伏電站對格爾木荒漠地區(qū)太陽輻射場的影響研究》，高曉清、呂芳等，太陽能學(xué)報, 2015, 36(9):2160-2166
[5] 狄韶斌,譚金敬. 家用電器工頻電磁輻射水平分析[J]. 新疆環(huán)境保護(hù). 2006(02http://www.chinabaike.com/article/292/293/2007/2007021945215.html
[6]科技部2013年光伏產(chǎn)業(yè)重大專題調(diào)研報告中國光伏，百年大計(jì)——關(guān)于推進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)光伏行業(yè)健康發(fā)展的建議，2013年6月，許洪華等
[7] 《中國太陽能發(fā)展路線圖2020，2030和2050》，中國可再生能源學(xué)會，2014年12月
[8] 《穹頂之下，還有光伏》，2015年3月，呂芳
三 涅槃重生，回收處理
太陽能光伏組件的壽命約為25年，隨著光伏行業(yè)的快速發(fā)展，在未來會有大量的退役光伏組件面臨回收再利用的問題。國際上對于光伏組件回收技術(shù)的研究已有10多年，歐洲、美國、日本及韓國等國家和地區(qū)都積極開展了相關(guān)的研究工作。同時，歐盟修訂了報廢電子電氣設(shè)備(WEEE)指令，自2014年2月起全面正式生效。WEEE修訂版第一次將光伏組件納入其中，規(guī)定報廢的光伏組件和家用電器作為一類產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)制回收處理。因此，光伏組件的回收與無害化處理是當(dāng)前國際國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界和環(huán)境界十分關(guān)注的問題，對于有效緩解資源供應(yīng)的緊張及避免環(huán)境污染有著重要的意義。
在我國，隨著近幾年光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，光伏組件回收的技術(shù)和政策體系也逐步受到關(guān)注。據(jù)中科院電工所于“十二五”863光伏組件回收項(xiàng)目的研究預(yù)測，到2034年，我國將產(chǎn)生至少60-70GW的廢棄光伏組件。光伏組件中的硅，銀，銅，鋁等有價值的資源，大部分都能通過回收實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)再利用，可節(jié)約資源,減少對原生資源的開采及降低資源提煉的耗能,從而減輕由此帶來的生態(tài)環(huán)境影響及破壞。國家科技部和環(huán)保部都于近期部署了相應(yīng)的研究項(xiàng)目開展工作，致力于探索能耗低、污染小、資源化再利用率高、經(jīng)濟(jì)可行的光伏組件回收再利用技術(shù)路徑。
最后，讓我們告訴身邊的人：光伏發(fā)電，環(huán)境友好，百年大計(jì)[6]。
光伏不弱了。中國，從2007年起已經(jīng)連續(xù)近10年成為世界第一大光伏產(chǎn)品制造國，并且連續(xù)3年成為世界光伏安裝應(yīng)用第一大國…
光伏不落后了?？删吹闹袊夥巳缈涓缸啡眨胧兰o(jì)兢兢業(yè)業(yè)自主技術(shù)創(chuàng)新，中國制造屢屢刷新世界光伏電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄…
光伏不貴了。在過去的10年內(nèi)價格已經(jīng)下降為原來的十分之一。中國制造成本下降，促使全球24國光伏平價上網(wǎng)時代到來，也為我國太陽能規(guī)?；瘧?yīng)用奠定基礎(chǔ)…
光伏不高能耗了。發(fā)電1.17年即可全部回收制造過程的能源消耗，另外它至少可以如歲月靜好般的為您服務(wù)25年，甚至更久…
光伏不臟不污染了。閉環(huán)生產(chǎn)和物料循環(huán)完全可以做到清潔生產(chǎn)環(huán)境友好…
光伏不神秘不遙遠(yuǎn)了。57萬平方公里荒漠戈壁，僅開發(fā)5%用于光伏發(fā)電即可年發(fā)電約2.4萬億度電，相當(dāng)于2013年29個三峽電站的年發(fā)電量;除了荒漠戈壁，我們還有60億平米建筑可利用面積[7]，還有超過200萬公頃日光溫室和農(nóng)業(yè)大棚，光伏將如星星之火燎原之勢般走進(jìn)我們的生活…
光伏不孤獨(dú)了。近3年來中央能源主管部委每年共出臺約30多項(xiàng)激勵政策鼎力支持、國家電網(wǎng)積極服務(wù)歡迎接納電力家庭新成員、銀行金融保險也紛紛加入朝陽投資…
盡量告訴身邊的人，特別是孩子：“未來，你們還可以，這樣生活”。[8]
[1] 環(huán)保部環(huán)境公益項(xiàng)目“新能源產(chǎn)業(yè)(太陽能電池板)環(huán)境影響與管理研究”《Pollutant payback Time, Environmental Impact of Chinese Multi-Crystalline Photovoltaic Production based on Life Cycle Assessmen》MinghuiXie etc.2016
[2]中國數(shù)字科技館地球資源博覽館: http://amuseum.cdstm.cn/AMuseum/diqiuziyuan/cr2_1.html
[3] NREL:Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Crystalline Silicon Photovoltaic Electricity Generation: Systematic Review and Harmonization”
[4]《光伏電站對格爾木荒漠地區(qū)太陽輻射場的影響研究》，高曉清、呂芳等，太陽能學(xué)報, 2015, 36(9):2160-2166
[5] 狄韶斌,譚金敬. 家用電器工頻電磁輻射水平分析[J]. 新疆環(huán)境保護(hù). 2006(02http://www.chinabaike.com/article/292/293/2007/2007021945215.html
[6]科技部2013年光伏產(chǎn)業(yè)重大專題調(diào)研報告中國光伏，百年大計(jì)——關(guān)于推進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)光伏行業(yè)健康發(fā)展的建議，2013年6月，許洪華等
[7] 《中國太陽能發(fā)展路線圖2020，2030和2050》，中國可再生能源學(xué)會，2014年12月
[8] 《穹頂之下，還有光伏》，2015年3月，呂芳
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