光伏太阳能电池生命周期中的污染问题分析

唐容喆

四川众望安全环保技术咨询有限公司 四川省成都市 610013

摘要：不断发展的光伏产业正在为人类发展做出积极贡献，利用光伏发电替代传统发电技术，可减少高达89%的环境污染。光伏器件在生产过程中的环保健康和安全（EHS）问题也受到社会各界的广泛关注，认清光伏产品在生产过程中产生污染真相，对于光伏产业的可持续发展至关重要。本文回顾了常见的太阳能电池EHS 问题，并提出了减少污染的有效方法。

关键词 ：光伏 ；太阳能 ；污染

引言

太阳能的直接利用是人类在能源发展道路上迈出的一大步，地球上几乎所有的能源最终都来自太阳能，所以理论上将太阳能直接转化为人们需要的能源是效率最高、最直接的方法。但是，由于太阳能光伏技术开发利用较晚，技术和工艺尚不成熟，太阳能电池生产中还存在资源浪费、污染严重、能量转换效率低等问题。进一步加强太阳能光伏产业的研发，对于促进我国经济发展、缓解当前能源短缺具有重要而广泛的意义。

一、太阳能电池生产概况

随着光伏太阳能电池产业的不断扩大，太阳能电池在人们生产生活中的应用越来越广泛，人们对太阳能利用的认识不断加深，清洁、优质能源的概念日益凸显流行。太阳能电池从诞生以来一直以其清洁无害的形象示人，然而，最近的研究报告表明，太阳能电池制造并不是一个绿色产业，它是一个高能耗、高污染的行业。这份研究报告引发了关于太阳能电池是否为清洁能源的激烈争论。

二、太阳能产业链污染成因

2.1光伏原材料生产污染

太阳能行业的污染主要发生在多晶硅原料的生产和精炼等生产过程中。在多晶硅生产过程中，会产生大量的四氯化硅、氟化硅等剧毒气体，而就算在改进的西门子工艺中，整个生产过程不可能密封运行，加之由于处理四氯化硅的技术和设备成本问题，多数厂家不愿意投资，因此生产过程中产生的剧毒气体排放到空气中，且无法有效回收和处置。这些光伏原料生产时产生的有毒气体释放到环境中，对空气、水和土壤造成严重污染，影响人们的正常生产和生活。同时，在光伏产业链的其他环节中涉及到化学品的使用，主要为HF、盐酸、异丙醇、双氧水等，部分也会用到氨水，废气的排放也会对环境造成污染。多晶硅制造是整个产业链生产过程中耗能最高的环节。多晶硅铸造过程中的坩埚不能重复利用，因此也带来了较大的废弃污染。

而对于非晶硅薄膜电池，导电玻璃在生产中会消耗大量电能，且会用到氟利昂、氟化氢等，一旦泄露对环境和人员会造成严重危害。薄膜制备过程中的超高真空要求也会消耗大量的传统能源。这类太阳电池中工艺较成熟的是硅基薄膜、砷化镓（GaAs）太阳电池、碲化镉（CdTe）薄膜太阳电池和铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池。上述太阳电池的原料获得需要消耗大量的传统能源，其生产提纯过程中会使用大量酸碱液，酸碱液严重污染了空气、水域环境和农作物，且挥发出来的酸碱蒸汽既能通过呼吸系统进入人体，同时接触人体皮肤也会造成伤害。还会产生大量矿物废渣、有毒气体等。砷、镉、铟等都是高毒性材料，在生产原料过程和制造太阳电池过程中对人员和环境造成较大安全隐患。在制造上述薄膜太阳电池过程中， GaAs薄膜制作过程中需用到毒性非常大的AsH₃，由于技术限制其利用率仅20-50%。其在事故状态下排放到空气中会造成严重污染。CdTe太阳电池生产过程中，CdS的使用率较低、CdCl₂的热处理过程中Cl₂的使用等都容易造成环境和人员的危害。CIGS太阳电池制作中使用剧毒的H₂Se、CdS等也有安全隐患。薄膜太阳电池用溅射法制备窗口层和上电极时，还会产生少量的射频辐射。在对生产设备进行维修及清洗时，附着在腔壁上的有害物质不经妥善处理亦会对环境造成污染。

2.2 太阳能行业使用组件造成的污染

除了太阳能电池生产中原材料生产的污染外，太阳能电池组件在使用和退役后也会造成污染。在使用过程中，电池组件的玻璃表面结构容易受到光污染，目前多采用透光率高的防眩涂层材料进行散射，还可通过适当的布置，以减少光污染。太阳能电池在使用过程中若受到破坏，其中的有毒物质易被雨水冲出太阳能板，进入空气、水、土壤，造成环境污染。当太阳能电池在一定范围内大量使用时，由于集热器的吸热率比地面高，局部温度变得很不均匀，严重破坏了大气环流，可在该地区造成较严重的风化和侵蚀。

目前生产的太阳能电池寿命在15-25年左右，废旧太阳电池的合理处理面临着巨大挑战。废旧太阳能板的回收材料中虽然含有大量贵金属等，但由于其回收成本比生产新原料贵，所以，目前部分太阳能电池板最终被填埋。填埋所产生的环境污染问题不容忽视。而目前大多太阳能电池基底是玻璃，由于这些玻璃上含有各种有毒杂质（铅、镉、砷等），这些玻璃通常难以回收利用。而关于废旧太阳能电池板的回收处理问题，正是光伏太阳能行业亟待解决的问题。

三、 减少污染的建议

3.1 加强培训，规范操作

由于各类太阳能电池在生产过程中都大量涉及使用、产生和排放有毒有害物质或污染环境的物质，在生产过程中必须加强操作规范的培训，规范操作人员的操作，完善防护人员措施、环保设施等，定期进行应急演练等，以减少或避免环境事故、安全事故的发生。CdTe薄膜太阳能电池在制作过程中会使用到CdCl₂、Cl₂、溴甲醇、硝酸、重铬酸离子等等，导致大量的粉尘、废液和废气产生，应定期地进行室内、设备灰尘清理。

3.2提高回收利用率

对于SiF₄、CdS、AsH₃等毒性大、环境污染大、利用率低的物质，通过循环利用或者有效回收等方法来提高其利用率，减少废物产生。

3.3优化生产工艺

减少有毒、环境污染大的物质使用，寻找替换物质或替换工艺。对晶体硅太阳电池常用HF溶液清洗pn结制作管式炉壁，用无毒的酒精替换HF。可尝试使用非易燃易爆的物质来制作晶体硅的减反膜，用以替代现有的SiF₄。

3.4加强企业环保意识

加强对太阳能电池生产企业的监管，对生产企业的废水、废气、固废等进行在线监督，必须达标排放。

3.5积极寻求太阳能板的有效回收方式

目前，报废太阳能板的回收处理问题亟待解决。退役的太阳能电池板也是资源宝库，光伏组件中的绝大部分材料可循环利用，但是目前我国处理退役太阳电池板的方法较原始，耗能高、产生的废气、废液对环境有较高风险，回收利用率非常低。太阳能板的高效回收方式需要“产、学、研”配合，需要领导层支持，制定一套回收标准化流程，建立回收示范性生产线，以解决实际生产中的技术难题。

3.6加强消费者监督

投资者和消费者的选择将左右太阳能产业的走向，但却有很多潜在困难度，例如太阳能产业没有正式的生态标签，类似家电上的能源之星，能让消费者识别高效能的产品。大多数不愿意或无法亲自与生产太阳能电池的厂商联系，多依靠第三方来帮忙选购安装。所以加强消费者监督，才能让光伏太阳能电池的发展朝着节能，环保，高效的方向持续发展。

结语

光伏太阳能电池的诞生给人类能源危机带来曙光，太阳能电池的使用，可大大降低温室气体排放量，减少对环境的污染，同时，我们也应重视太阳能电池在生产、使用和退疫时的环境影响，积极探索降低太阳能电池生命周期环境污染的方法，使光伏太阳能行业可持续发展。

参考文献：

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［2］李雷，郭焱．中国光伏产业发展现状及若干问题的思考[J]．中外能源，2010（9〕：38-42．

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