光伏发电系统易回收设计研究

2020-11-28

中国科技纵横 2020年15期

（水发兴业能源（珠海）有限公司，广东珠海 519000）

0 引言

在国外，欧洲和日本等地区较早开始研究并进行光伏系统中光伏组件的回收。

欧洲：2012年太阳能光伏组件被纳入《欧盟废弃电子电器产品管理条例》(WEEE)，要求2019年以前电子产品回收率需要达到85%以上，其中材料的再循环率要达到80%以上。

日本：2004年底日本全国发行《关于太阳能电池类物品废弃处理的法律事项》；2015年起致力于“再生技术（Reborn Technology）”来建造太阳能电站；2018年6月，Next Energy首个使用回收旧组件建造的光伏电站投入运营。

基于以上背景，我们提出光伏发电系统的易回收设计研究，从光伏组件、支架及基础、电力电缆、电气设备、通信装置、施工工艺、其他等环节进行研究，探索光伏发电系统的易回收设计要点，寻求经济可行，技术先进、安全可靠的一套光伏发电系统易回收设计标准方案。

1 光伏发电系统易回收设计可行性分析

1.1 技术可行性

（1）光伏组件的设计。传统光伏组件的制造过程是高能耗的过程，同时在光伏发电系统服务期满后，背板废料传统背板含氟，回收难，难于分解，也将造成对环境的长时间污染；现通过对背板材料的研究，研发出一类无污染易回收的材料，如PO背板，其具有不开裂、不脱层、绿色环保、易回收、主要性能指标是传统优点的两倍以上，PO背板的应用将有机会为组件企业带来净利大幅增长；

（2）支架及基础。为传统结构专业设计，主要考虑支架的可拆卸性，有较为成熟的相关标准及规范可参考进行易回收设计；

（3）系统集成线路。为传统电力系统设计，主要考虑线路的可维护性，也有较为成熟的相关标准及规范可参考进行易回收设计；

（4）电气设备。主要电气设备的可替换性及安装的可维护性，也有较为成熟的相关标准及规范可参考进行易回收设计；

（5）智能数据监测系统。主要开发一套集发电数据、视频监控数据、站控数据一体化的智能数据监测平台，收集高效易回收光伏发电系统发电数据，并进行数据分析；公司内部具备软件开发的人才及技术平台。

经以上技术分析，高效易回收光伏发电系统在技术上是可行的[1]。

1.2 经济可行性

（1）在当前技术条件下，高效易回收光伏发电系统集成增量成本不高于0.1元/Wp，按普通光伏发电系统4元/Wp成本核算，增量成本不高于2.5%，而高效易回收光伏发电系统在25年寿命周期内可提高发电收益4%，同时寿命周期到了后，系统可回收率可达60%以上；

（2）未来，随着高效易回收光伏发电系统的应用推广，增量成本将越来越低。

经以上经济分析，高效易回收光伏发电系统在经济上是可行的。

2 光伏发电系统易回收设计要点

2.1 光伏组件

（1）光伏组件应选用可替换性强的光伏组件。（2）光伏组件寿命周期内衰减率不应高于20%，确保光伏发电系统发电效益达到预期。（3）光伏组件背板宜采用易分离、无污染材质，如不含氟、铅材料背板。确保光伏组件在寿命周期结束时，组件回收较容易，且不易造成严重的环境污染。（4）边框宜采用可回收性强的材料，如铝合金材质边框。（5）光伏组件面板宜采用超白玻璃。确保光伏组件最大限度地接收太阳能辐照，提高发电效益。

2.2 支架及设备基础

支架及设备基础尽量减少混凝土材料，应采用易拆卸、回收率高钢制、铝制或其他材料，如螺旋钢桩，铝合金夹具等[2]。过去很多部分光伏系统采用混凝土材料，混凝土在寿命周期结束后需填埋处理，难于再利用。钢制、铝制等材料的基础回炉再造技术难度小，成本低，可回收利用率高[3]。

2.3 光伏支架

（1）支架应采用易拆卸、回收率高的钢制、铝制或其他材料制作，如钢材，铝合金支架等。（2）支架与基础、支架之间的连接件固定宜采用螺栓固定，减少焊接设计。（3）光伏组件与支架之间宜采用易拆卸的连接方式[4]。

2.4 电气设备

光伏逆变器选型：（1）宜选用更换性强的逆变器，以便于维护及回收应用。（2）采用大型逆变器时，应预留足够的安装运维通道。

配电装置：（1）直流汇流箱、交流汇流箱宜采用不锈钢材质箱体，熔断器及断路器等元器件宜采用通用的可更换性元件。（2）交流配电柜等配电装置断路器等元器件应采用通用的可更换性元件。（3）变压器室外安装时，宜采用箱式变压器，并预留足够的安装运维通道；室内安装时，宜采用干式变压器。

电气设备与固定支架的连接宜采用螺栓连接。电气设备寿命周期完结时，其电子元器件应满足GB/T 32886的回收要求[5]。

2.5 电缆选型

直流电缆：（1）组串侧电缆宜选用光伏专用电缆。（2）直流汇流箱输出直流电缆宜采用非铠装低烟无卤阻燃电缆。

交流电缆：（1）低压交流电缆宜采用非铠装低烟无卤阻燃电缆。（2）高压交流电缆宜采用铠装低烟无卤阻燃电缆。（3）架空电缆宜采用铝绞线。

电缆绝缘层及护套层宜采用无污染、低污染的材料。电缆敷设用槽盒应采用回收率高、无污染的钢制、铝制或其他材料制作，电缆架空线路宜采用金属塔架设[6]。

2.6 监控系统

（1）宜采用通信一体化设计，含视频监控、数据监控及站控等功能。（2）光伏场区宜采取无线通信模式。（3）监控数据平台应建立云监控平台。（4）监控软件应满足可再生自适应运行及更新要求。（5）监控系统应具备数据备份及搬迁功能。

2.7 其他

（1）设备及材料的外包装材料应选择回收利用率较高、无毒无害、低毒低害的材料，如再生金属、再生纸制品，再生塑料和再生发泡材料等。（2）其他辅助材料应选择回收利用率较高、无毒无害、低毒低害的材料。

2.8 施工工艺

（1）应全面实施绿色施工，满足《关于印发〈绿色施工导则〉的通知》建质[2007]223号的要求。（2）施工机具应选用技术先进、高效节能的机具。（3）施工工艺应制定高效、环保、能耗小的施工工艺。（4）光伏组件运输及二次搬运过程应严格遵守产品搬运操作规程，避免造成光伏组件的隐裂。（5）不得在光伏组件上面进行任何作业，不得在光伏组件上堆放任何材料或杂物。（6）电缆敷设应采用以下几种敷设方式：槽盒内敷设、电缆沟内敷设、架空敷设，不宜采用直埋方式敷设。