旧太阳能发电板回收(长寿命？高度可回收？循环经济中太阳能电池板的优先事项)
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旧太阳能发电板回收(长寿命？高度可回收？循环经济中太阳能电池板的优先事项)
利用美国能源部太阳能未来研究的光伏部署预测和循环经济中的光伏工具，NREL研究人员模拟了到2050年的光伏组件材料流动。对于部署寿命为35年的光伏组件的基线方案，显示了预计安装的光伏组件的质量（虚线）和报废模块的质量（虚线）。图片来源：国家可再生能源实验室
为了实现其2050年脱碳目标，美国将需要安装比现在多20倍的太阳能光伏（PV）模块。虽然任何方法都需要大规模扩大光伏制造和安装，但新的NREL研究表明，寿命更长的光伏组件可以减轻所需的材料和制造数量。
这些是NREL研究人员团队的主要发现之一，他们对光伏组件寿命和回收率如何影响100%脱碳美国电网中2050年的光伏材料流动进行了首次定量分析。他们对不同“假设”场景的建模在PLOS ONE的一篇新期刊文章中详细介绍，“能源转型中光伏的循环经济优先事项”。
“光伏作为清洁能源的可持续性是显而易见的，但仍然存在对浪费，物质影响和能源正义的担忧，特别是考虑到光伏制造必须以多快的速度增长才能实现脱碳目标，”NREL光伏可持续发展研究员兼文章作者Silvana Ovaitt说。“通过这项工作，我们希望正确看待这些挑战并量化潜在的解决方案。
“在考虑可持续的光伏供应链时，当有很多其他循环经济杠杆可以首先尝试时，人们倾向于直接跳到回收作为解决方案，比如延长寿命，”该文章的主要作者、科罗拉多矿业学院博士生希瑟·米莱茨（Heather Mirletz）说。“我们的光伏可持续发展团队收到了很多关于为现有光伏装置供电和光伏回收的问题。最终，我们希望就如何以最可持续的方式设计和部署光伏提供建议，因此我们首先需要了解能源转型背景下的物料流。
组件寿命和回收率如何驱动新材料和废物
在作者考虑的336种情景中，结合了一系列组件寿命和回收率，两种情景代表了光伏组件循环经济的可能方法的上限和下限 - 具有50年寿命的组件和具有高闭环回收率的较短寿命的15年组件（这意味着材料在新组件中重复使用，而不是降级回收为更简单的产品）。这些与假设组件寿命为35年的基线情景进行了比较，并且反映了当前技术的低回收率。虽然15年期模块不太可能生产，50年期模块尚不可用，但这两种情况可以作为比较点。
这篇期刊文章考虑了各种模块材料的质量流动，以满足材料需求和生命周期浪费。随着PV ICE工具的不断发展，它还将能够考虑其他因素，例如能量流，环境影响和社会影响。图片来源：美国国家可再生能源实验室
更长的组件寿命可以通过减少美国为实现相同目标而额外部署太阳能的需求，将新材料需求比基线情景减少3%。由于短寿命组件需要额外的1.2太瓦更换组件才能维持到2050年的光伏发电能力，因此它们必须达到95%或更高的闭环回收率，以避免需要比35年基线情景更多的新材料。该建模仅考虑了主导当今光伏市场的晶体硅组件的材料流，但它可以应用于其他光伏技术。
虽然该模型侧重于物料流 - 尚未考虑能源需求和制造业，公平和经济的碳强度等方面 - 作者指出了三个重要趋势：
- 长寿命模块不仅减少了对新材料的需求，而且还为开发和实施报废回收或再制造工艺提供了更长的宽限期，因为直到它们开始退役的时间会更长。
- 寿命较短的模块必须实现高回收率和回收/再制造率，以避免消耗额外的新材料。
- 玻璃构成了当今光伏组件的大部分（按质量计算）。在开发回收或再制造工艺时，重要的是要考虑光伏玻璃，以确保除硅和金属外的高质量玻璃的稳定供应。
“更长的组件寿命使我们更容易实现我们的脱碳光伏部署目标，”该文章的作者兼NREL光伏可靠性和系统性能小组经理Teresa Barnes说。“我们可以通过一次性构建系统来避免过度更换和额外制造。回收短寿命组件听起来很有吸引力，但我们的质量平衡和容量计算表明，这可能会限制光伏容量。我们即将进行的能源平衡研究将进一步指导我们走向最可持续和最成功的光伏部署途径。
NREL 开发的工具解锁新见解
为了模拟到2050年的光伏材料流动，NREL团队利用了他们创建的一种名为循环经济中的光伏（PV ICE）的工具。PV ICE使用光伏行业的最新数据来模拟未来几十年光伏材料的流动，帮助预测不同市场趋势，技术发展和政府政策的影响。
该开源工具由NREL光伏可靠性小组的一个小团队开发，由两个主要部分组成。第一部分是一组数据文件，用于收集当今光伏组件的关键特性以及对未来组件的预测，包括它们所含不同材料的数量、预期寿命和功率转换效率等。第二部分是一个模型，用于跟踪这些模块、材料及其所含能量如何在光伏生命周期中移动。
更多信息：Heather Mirletz等人，能源转型中光伏的循环经济优先事项，PLOS ONE（2022）。DOI： 10.1371/journal.pone.0274351
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