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在國家實施雙碳戰(zhàn)略的背景下，這幾年我國光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，已經(jīng)成為全球最大的光伏組件生產(chǎn)國和光伏發(fā)電應(yīng)用國。由于光伏組件，即太陽能電池板，存在設(shè)計使用年限，未來幾年內(nèi)，我國將有大批的光伏組件退役或廢棄。2023年7月，國家發(fā)改委等部門聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于促進退役風(fēng)電、光伏設(shè)備循環(huán)利用的指導(dǎo)意見》，要求加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系，促進退役風(fēng)電、光伏設(shè)備循環(huán)利用。但目前并沒有專門針對廢棄光伏組件回收處理的專項管理政策。近日，央視《焦點訪談》的一篇名為“廢舊光伏組件流向何方”的新聞報道，讓光伏組件處置造成的嚴重污染第一次真正地映入大眾視野。關(guān)于光伏導(dǎo)致的環(huán)境問題的爭議，繞不開“氟”污染的問題。
雙碳目標(biāo)下，任何一項產(chǎn)品、技術(shù)在全生命周期中對碳足跡的影響都是目前熱議的話題。對于光伏產(chǎn)品來說，其全生命周期評估更是一個新課題。而在光伏產(chǎn)品的報廢處理中，關(guān)于光伏組件背板材料的“氟”對“氟”錯，一直在爭議。
無“氟”不成背板？
氟與背板的淵源可以直接追溯到上個世紀。
聽上去很遙遠，其實也就幾十年。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，背板會直接暴露在空氣中，還被賦予了保護封裝材料的功能。因此從一開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。而因為成本驅(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)用場景下也有一定應(yīng)用。
隨著光伏產(chǎn)品的商業(yè)化時代到來，量的增長和應(yīng)用場景的普及讓“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。從2008年左右起，對于是否“含氟”基本已經(jīng)沒有爭議，爭議的只是含哪種“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，對它們的全面管控正在逐漸推進。
而2015年左右，當(dāng)全球光伏裝機因為中國的發(fā)力而進入一個新時代后，不含“氟”的背板路線，更是因為3A背板的開裂事故而被更多的人懷疑。
無“氟”不成背板，近五年來，氟背板幾乎一統(tǒng)江湖，只剩少數(shù)“環(huán)保”人士還在堅持。
“含氟”背板的應(yīng)用和爭議一起爆發(fā)
從可靠性來說，“含氟”背板基本上已被光伏接受；從應(yīng)用場景來說，如果不談雙玻，氟背板幾乎是全部；從體量上來說，2020年全球140GW左右的光伏裝機估計有100GW都是含氟背板組件；從趨勢上來說，一年一度的光伏聚合物國際大會發(fā)現(xiàn)，透明背板正在頑強地抵御著雙玻的侵蝕。
氟背板高歌猛進的同時，讓行業(yè)困擾和爭議的，是“含氟”材料的回收。
當(dāng)光伏組件報廢，或者其它各種原因被廢棄的“含氟”背板材料需要處理時，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，氟元素進入土壤同樣會造成大量污染。
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)過安監(jiān)、環(huán)保、疾病預(yù)防控制中心等單位開展病因調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，這次事故因現(xiàn)場焚燒光伏背板材料形成劇毒物質(zhì)—氟化氫所致。
也有報道稱，之前已有過光伏電站著火后，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更嚴重。
而近年來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，對背板邊角料進行共混改性，使背板中PET與改性劑發(fā)生擴鏈反應(yīng)，PET分子量增加，抑制熱解，提高綜合性能；并在加工前對原料進行干燥處理，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，開發(fā)更多更高附加值的產(chǎn)品。
但也有人認為，即便將氟材料回收利用，也沒有改變氟材料繼續(xù)存在于環(huán)境中的事實，既不能無休止的回收利用已經(jīng)回收利用過的氟材料，也不能保證所有的氟材料都能進入回收利用環(huán)節(jié)。
含氟背板作為光伏輔材主流，卻飽受非議，在爭議中前行。
背板必須“含氟”嗎？
隨著光伏平價和雙碳時代的到來，光伏市場爆發(fā)已經(jīng)毋庸置疑，此前20年GW級增長、翻番增長、年增數(shù)十GW新高等今后都會被不屑一顧，而最早商業(yè)化的組件也開始進入報廢階段。
當(dāng)時間跨入21世紀第三個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)報道，德國Fraunhofer太陽能研究所采用全生命周期評估，對光伏組件中存在的無氟和含氟背板材料的焚化和熱解方案產(chǎn)生的環(huán)境影響進行了比較分析，認為無氟背板材料的生命周期評估顯示出比氟化背板材料更好的環(huán)境性能。對于焚燒場景，在研究的12種影響類別中，有11種無氟背板的環(huán)境影響明顯好于氟化背板；同樣，對于熱解方案，在12種影響類別中的8種中，無氟背板的環(huán)境性能要比氟化背板好。此外，氟化背板處理過程會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“含氟”的無奈，對“不含氟”的關(guān)注和期待，就像含氟背板的市場需求一樣在增長。
當(dāng)光伏進入戶用，變成一種消費品時，非專業(yè)的消費者會不停地問：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期可靠性性能，在沒有合適的可替代材料時，在含氟背板被25年實證后，在光伏市場需求太小而不被關(guān)注的情況下，“含氟”成了必須。
如今時過境遷，當(dāng)含氟背板面對越來越多的消費者，越來越高的雙碳目標(biāo)，越來越被重視的環(huán)保需求時，人們必然要問，那些被忽略的不含氟背板，研究得怎么樣了？
事實上， “非氟”背板滿足常規(guī)的性能測試早就沒有問題，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。
過去，終端客戶對“非氟”背板有懷疑，其實就像懷疑用PVDF、PTFE來替代PVF一樣，新的材料都差了一步：戶外實證。而當(dāng)PVDF和PTFE度過了最初了5-10年，行業(yè)也就基本認可了這兩種替代材料。
事實上，“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)模開裂，讓“非氟”背板路線遭遇當(dāng)頭棒喝。
過去，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。
事實上，隨著光伏應(yīng)用場景的普及和多元，溫帶地區(qū)、氣候適宜地區(qū)、平原地帶、分布式應(yīng)用等對背板的耐候性能要求并不一定很高。
有專家認為，差異化應(yīng)用場景可以選用不同類型的背板，適用就行，不同氣候條件對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，但荷蘭帝斯曼公司在經(jīng)過對尚善新材料的APE結(jié)構(gòu)背板進行測試、跟蹤和綜合評估后，依然決定在2017年收購尚善進軍“非氟”背板領(lǐng)域，并以“綠色環(huán)保”為賣點在歐洲市場占了一定份額。
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，隨著環(huán)保、綠色、可回收的呼聲越來越高，越來越多的人也開始關(guān)注“非氟”背板。
早期有后被DSM收購的蘇州尚善新材料，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
全球光伏裝機市場爆發(fā)在即，退役組件也開始規(guī)模性地增加，對光伏廢料如何處理的課題在全球都在開展。背板究竟應(yīng)不應(yīng)該含“氟”，這個問題一直困擾著我們。或許含不含“氟”并不是重點，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。
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