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雙碳目標(biāo)下,任何一項(xiàng)產(chǎn)品、技術(shù)在全生命周期中對(duì)碳足跡的影響都是目前熱議的話題。對(duì)于光伏產(chǎn)品來(lái)說(shuō),其全生命周期評(píng)估更是一個(gè)新課題。而在光伏產(chǎn)品的報(bào)廢處理中,關(guān)于光伏組件背板材料的“氟”對(duì)“氟”錯(cuò),一直在爭(zhēng)議。
無(wú)“氟”不成背板?
氟與背板的淵源可以直接追溯到上個(gè)世紀(jì)。
聽(tīng)上去很遙遠(yuǎn),其實(shí)也就幾十年。由于投資回收期的緣故,光伏組件的生命周期很早就被設(shè)定為25年,所有輔材都在圍繞25年可靠性而存在,背板也不例外。
和封裝材料不同,背板會(huì)直接暴露在空氣中,還被賦予了保護(hù)封裝材料的功能。因此從一開(kāi)始背板材料選型就圍繞著“含氟”、“含硅”、“含鋁”和“高抗紫外涂層”而爭(zhēng)論,之后以杜邦PVF為代表的含氟路線成為背板選型的主流。而因?yàn)槌杀掘?qū)使,不含氟的“高抗紫外涂層”類如PET背板、3A背板等在一些氣候溫和地區(qū)和特殊應(yīng)用場(chǎng)景下也有一定應(yīng)用。
隨著光伏產(chǎn)品的商業(yè)化時(shí)代到來(lái),量的增長(zhǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景的普及讓“氟”背板的應(yīng)用變成必須,為了保障25年的全生命周期可靠性,“含氟”基本上成為背板選型思維的定勢(shì)。從2008年左右起,對(duì)于是否“含氟”基本已經(jīng)沒(méi)有爭(zhēng)議,爭(zhēng)議的只是含哪種“氟”:PVF、PVDF、THV、PTFE、ETFE、ECTFE……。隨著全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFAS)定義范疇的擴(kuò)大,合成這些聚合物的單體氟化物基本都被列入了PFAS范疇,對(duì)它們的全面管控正在逐漸推進(jìn)。
而2015年左右,當(dāng)全球光伏裝機(jī)因?yàn)橹袊?guó)的發(fā)力而進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代后,不含“氟”的背板路線,更是因?yàn)?A背板的開(kāi)裂事故而被更多的人懷疑。
無(wú)“氟”不成背板,近五年來(lái),氟背板幾乎一統(tǒng)江湖,只剩少數(shù)“環(huán)保”人士還在堅(jiān)持。
“含氟”背板的應(yīng)用和爭(zhēng)議一起爆發(fā)
從可靠性來(lái)說(shuō),“含氟”背板基本上已被光伏接受;從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō),如果不談雙玻,氟背板幾乎是全部;從體量上來(lái)說(shuō),2020年全球140GW左右的光伏裝機(jī)估計(jì)有100GW都是含氟背板組件;從趨勢(shì)上來(lái)說(shuō),一年一度的光伏聚合物國(guó)際大會(huì)發(fā)現(xiàn),透明背板正在頑強(qiáng)地抵御著雙玻的侵蝕。
氟背板高歌猛進(jìn)的同時(shí),讓行業(yè)困擾和爭(zhēng)議的,是“含氟”材料的回收。
當(dāng)光伏組件報(bào)廢,或者其它各種原因被廢棄的“含氟”背板材料需要處理時(shí),行業(yè)普遍采用處理辦法是焚燒、裂解和填埋。此外在某些光伏電站火災(zāi)事故中,背板材料也會(huì)因意外而偶遇“火災(zāi)”。
氟元素隸屬于鹵族元素,含有劇毒。在光伏組件中,氟元素以氟碳化合物的形態(tài)存在,也就是我們常說(shuō)的用于共擠背板的PVF、PVDF和用于涂覆型背板的氟碳涂料。
氟碳化合物具有異常堅(jiān)固的化學(xué)結(jié)構(gòu),通常的掩埋處理方法或許在1000年內(nèi)都無(wú)法降解該成分,成為一種新的白色污染;而如果降解,氟元素進(jìn)入土壤同樣會(huì)造成大量污染。
采用焚燒處理,氟化物的毒性很大,焚燒產(chǎn)生的氟化氫氣體呈現(xiàn)無(wú)色有刺激性氣味,極易溶于水而腐蝕燒傷人體器官,足以致命。
據(jù)報(bào)道,2015年11月12日,杭州某組件代工企業(yè)內(nèi)的員工午休時(shí)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(guò)安監(jiān)、環(huán)保、疾病預(yù)防控制中心等單位開(kāi)展病因調(diào)查后發(fā)現(xiàn),這次事故因現(xiàn)場(chǎng)焚燒光伏背板材料形成劇毒物質(zhì)—氟化氫所致。
也有報(bào)道稱,之前已有過(guò)光伏電站著火后,救援人員產(chǎn)生氟化物中毒的案例。如果電站地處荒野,影響的可能只是空氣環(huán)境;如果是工商業(yè)、戶用屋頂、分布式電站,與人群近距離接觸,失火造成的氟化物中毒就會(huì)更嚴(yán)重。
而近年來(lái)一些氟材料和氟背板供應(yīng)商聲稱已經(jīng)找到了廢棄氟材料的處理辦法,對(duì)于含氟聚合物回收建議以“廢物再利用”的方式。
有研究提出,對(duì)背板邊角料進(jìn)行共混改性,使背板中PET與改性劑發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng),PET分子量增加,抑制熱解,提高綜合性能;并在加工前對(duì)原料進(jìn)行干燥處理,抑制水解。
改性劑的添加改善了PVDF與PET的相容性。未添加改性劑的造粒料表面粗糙,而添加了改性劑后的造粒料由于相容性更好了,表面更光滑。
改性擠出成粒子,再注塑成型,可注塑成管,環(huán)等,還可以改變顏色,開(kāi)發(fā)更多更高附加值的產(chǎn)品。
但也有人認(rèn)為,即便將氟材料回收利用,也沒(méi)有改變氟材料繼續(xù)存在于環(huán)境中的事實(shí),既不能無(wú)休止的回收利用已經(jīng)回收利用過(guò)的氟材料,也不能保證所有的氟材料都能進(jìn)入回收利用環(huán)節(jié)。
含氟背板作為光伏輔材主流,卻飽受非議,在爭(zhēng)議中前行。
背板必須“含氟”嗎?
隨著光伏平價(jià)和雙碳時(shí)代的到來(lái),光伏市場(chǎng)爆發(fā)已經(jīng)毋庸置疑,此前20年GW級(jí)增長(zhǎng)、翻番增長(zhǎng)、年增數(shù)十GW新高等今后都會(huì)被不屑一顧,而最早商業(yè)化的組件也開(kāi)始進(jìn)入報(bào)廢階段。
當(dāng)時(shí)間跨入21世紀(jì)第三個(gè)10年,關(guān)于背板“含氟”或“不含氟”又成為行業(yè)熱議的話題。
據(jù)報(bào)道,德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所采用全生命周期評(píng)估,對(duì)光伏組件中存在的無(wú)氟和含氟背板材料的焚化和熱解方案產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行了比較分析,認(rèn)為無(wú)氟背板材料的生命周期評(píng)估顯示出比氟化背板材料更好的環(huán)境性能。對(duì)于焚燒場(chǎng)景,在研究的12種影響類別中,有11種無(wú)氟背板的環(huán)境影響明顯好于氟化背板;同樣,對(duì)于熱解方案,在12種影響類別中的8種中,無(wú)氟背板的環(huán)境性能要比氟化背板好。此外,氟化背板處理過(guò)程會(huì)釋放出大量的氟化氫,并且在熱解產(chǎn)物中存在鹵代烴和鹵代芳族化合物。
對(duì)“含氟”的無(wú)奈,對(duì)“不含氟”的關(guān)注和期待,就像含氟背板的市場(chǎng)需求一樣在增長(zhǎng)。
當(dāng)光伏進(jìn)入戶用,變成一種消費(fèi)品時(shí),非專業(yè)的消費(fèi)者會(huì)不停地問(wèn):背板必須含氟嗎?
當(dāng)初選擇含氟背板,最大的原因是出于長(zhǎng)期可靠性性能,在沒(méi)有合適的可替代材料時(shí),在含氟背板被25年實(shí)證后,在光伏市場(chǎng)需求太小而不被關(guān)注的情況下,“含氟”成了必須。
如今時(shí)過(guò)境遷,當(dāng)含氟背板面對(duì)越來(lái)越多的消費(fèi)者,越來(lái)越高的雙碳目標(biāo),越來(lái)越被重視的環(huán)保需求時(shí),人們必然要問(wèn),那些被忽略的不含氟背板,研究得怎么樣了?
事實(shí)上, “非氟”背板滿足常規(guī)的性能測(cè)試早就沒(méi)有問(wèn)題,而如果再能夠滿足25年的可靠性要求,背板也不是非得含“氟”不可。
過(guò)去,終端客戶對(duì)“非氟”背板有懷疑,其實(shí)就像懷疑用PVDF、PTFE來(lái)替代PVF一樣,新的材料都差了一步:戶外實(shí)證。而當(dāng)PVDF和PTFE度過(guò)了最初了5-10年,行業(yè)也就基本認(rèn)可了這兩種替代材料。
事實(shí)上,“非氟”背板曾經(jīng)也只差一步。由于“非氟”也有不同的路線,2015年左右,已經(jīng)推廣了五年左右的3A背板突然被爆出電站應(yīng)用大規(guī)模開(kāi)裂,讓“非氟”背板路線遭遇當(dāng)頭棒喝。
過(guò)去,人們不敢用“非氟”背板,有一種擔(dān)心是那些建在大西北、荒漠中的大型地面電站,“非氟”背板承受不了那樣大氣候惡劣。
事實(shí)上,隨著光伏應(yīng)用場(chǎng)景的普及和多元,溫帶地區(qū)、氣候適宜地區(qū)、平原地帶、分布式應(yīng)用等對(duì)背板的耐候性能要求并不一定很高。
有專家認(rèn)為,差異化應(yīng)用場(chǎng)景可以選用不同類型的背板,適用就行,不同氣候條件對(duì)背板的可靠性要求可以不一樣。
據(jù)了解,盡管3A“非氟”背板退出了歷史舞臺(tái),但荷蘭帝斯曼公司在經(jīng)過(guò)對(duì)尚善新材料的APE結(jié)構(gòu)背板進(jìn)行測(cè)試、跟蹤和綜合評(píng)估后,依然決定在2017年收購(gòu)尚善進(jìn)軍“非氟”背板領(lǐng)域,并以“綠色環(huán)保”為賣點(diǎn)在歐洲市場(chǎng)占了一定份額。
此前一直致力于高抗紫外PET材料的日本背板企業(yè),如東麗、富士,盡管感受到了在地面電站應(yīng)用中推廣“非氟”背板的阻力,但其“非氟”背板在日本等一些氣候溫和地區(qū)依然占領(lǐng)了一席之地。
在中國(guó),隨著環(huán)保、綠色、可回收的呼聲越來(lái)越高,越來(lái)越多的人也開(kāi)始關(guān)注“非氟”背板。
早期有后被DSM收購(gòu)的蘇州尚善新材料,推廣其APE結(jié)構(gòu)背板;2013年起一直以含氟背板為主導(dǎo)的明冠新材料,也開(kāi)啟了其BO系列“非氟”背板的業(yè)務(wù),據(jù)稱已經(jīng)深得歐美客戶青睞;2017年底,專注于“非氟”背板的浙江中聚材料有限公司成立。
結(jié)語(yǔ)
全球光伏裝機(jī)市場(chǎng)爆發(fā)在即,退役組件也開(kāi)始規(guī)模性地增加,對(duì)光伏廢料如何處理的課題在全球都在開(kāi)展。背板究竟應(yīng)不應(yīng)該含“氟”,這個(gè)問(wèn)題一直困擾著我們?；蛟S含不含“氟”并不是重點(diǎn),怎么保證背板材料最大限度的回收,盡量不給環(huán)境造成污染才是我們應(yīng)該思考的問(wèn)題,畢竟,光伏是新能源行業(yè),它的發(fā)展不應(yīng)該違背我們的初衷。
