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邁向太陽光電產業的循環式商業模式
[作者 愛美科]   2020年03月18日 星期三 瀏覽人次: [4353]

隨著全球太陽光電(photovoltaics;PV)設備產能即將達到兆瓦(TW)的里程碑,廢料處理及產品使用壽命終結的最終處置(end-of-life;EoL)成了當務之急。愛美科與合作夥伴已開始進行研究,展開建立循環式供應鏈之路。


愛美科與合作夥伴參與了歐盟資助的展望2020計畫(Horizon 2020 project;H2020 project)中的CIRCUSOL專案,一同開發了技術和商業洞見,並提高對光電產業循環式供應鏈的意識。涵蓋的面向包括再循環(recycling)、原物料回收(recovery)、修復(repair)或整修(refurbishment),甚至是除役或損壞PV模組的再利用(re-use)。


愛美科PV模組與系統活動研究團隊的負責人Eszter Voroshazi,與在愛美科進行新居禮夫人計畫的研究員Ioannis Tsanakas,於本文解釋循環式太陽光電的目的、運作方法與定義。兩位作者皆積極參與歐洲綠能研究組織EnergyVille,此為愛美科、比利時法蘭德斯技術研究院(VITO)、比利時天主教魯汶大學(KU Leuven)和哈瑟爾特大學(UHasselt)共同建立的夥伴關係,專注於智慧城市和智慧電網。


百萬噸廢料 帶來千萬種可能


圖一 :  太陽能光伏發電產業正歷經急遽成長,全球有近8成的PV設備在過去五年間展開部署。
圖一 : 太陽能光伏發電產業正歷經急遽成長,全球有近8成的PV設備在過去五年間展開部署。

太陽能光伏發電產業正歷經急遽成長,尤其在這十年間。全球有近8成的PV設備在過去五年間展開部署。目前,PV設備的產能已超越5千億瓦(GW)的峰值,且預計將在2022年超越1兆瓦的峰值。


這項成就的陰暗面,就是首次使用壽命到期的PV模組數量將大幅增加。若缺乏有效的EoL管理,這些模組將會成比例地累積成PV廢料。研究預估,全球PV廢料在2030年前可能高達800萬噸,且在2050年前會累積至十倍,達到8000萬噸。


這個數據甚至還沒計算生產階段所產生的廢料,以及在「科技退休年齡」前就除役的廢棄設備—舉例來說,保險到期或需要動力更新(repowering)的設備。和其他廢物流(waste stream)相比,單就歐洲地區塑膠包裝所產生的廢料量,每年就超越1500萬噸。


與其將PV廢料問題視作難如登天,PV產業和相關利害關係人已把這樣的發展當作即將到來的大機會時代,它將可能帶給PV價值鏈嶄新的融資機制和多元的收益流。


可以發現,在研發方面的商業關注與心力已明顯轉移至流線型太陽能的運維上,這並非巧合。不僅是為了確保PV元件擁有最長久且具成本效益的首次運作壽命,還要具備永續且獲利的EoL管理和修復流程,並在PV元件潛在的二次使用壽命中,建立長期且具競爭力的性能和可靠性。


成千上萬種的可能辦法

對於以太陽能光電發電為基礎的未來而言,要做到更永續、更環境友善,並實現經濟上的運轉,PV再循環、原物料回收、修復或整修除役、損壞或退化的PV模組,以及賦予PV模組二次使用的再次運作,全都不可或缺。


目前已有一些研究正在進行中。例如,現有的決策樹已經能夠在EoL管理面臨不同選擇時提供指引。然而,文獻資料中的見解一直以來都呈現相對分散,且有些片面。


那些文獻主要聚焦在PV再循環的過程,以及相關創新成果。相對來說,PV再利用的潛在價值就處於尚未開發狀態。此外,與修復或整修、可靠度、PV模組二次使用的認證或資格證明相關的知識及最佳實務,也一直很少見。


更甚者,以循環式商業模式實現額外價值創造(value creation)的知識和意識更鮮少被提及。例如,讓原始製造商和下游股東更密切參與相關的EoL流程。



圖二 : 在PV產業的EoL場景中,實現價值創造的多元路徑完整示意圖。(source:CIRCUSOL)
圖二 : 在PV產業的EoL場景中,實現價值創造的多元路徑完整示意圖。(source:CIRCUSOL)

CIRCUSOL現身說法

CIRCUSOL—太陽能產業循環式商業模式(circular business models for the solar power industry)的縮寫,是一項獲得歐盟展望2020計畫資助的創新行動專案(Innovation Action project)。由比利時法蘭德斯技術研究院(VITO)居中協調,這項計畫匯集了來自七國的15位合作夥伴。


這項計畫於2018年啟動,預計進行四年,致力於確立PV價值鏈中EoL領域的細項劃分,並提出匹配的技術標準與相關規範架構。有鑑於此,這項計畫以發展和驗證「產品服務化系統(Product-Service System;PSS)」為目標,該系統可以將循環式商業模式運用至整條PV價值鏈中。


結果顯示,這項計畫提出的創新洞見具有極高價值。目前來說,PV模組一旦除役,便會自動進入廢物流,隨後被丟棄或回收。因為大多數PV設備的使用時間距離達到預定的壽命終止期限仍有相對較大的落差,目前的PV廢料主要來自生產時的產品瑕疵、運輸或運作頭四年發生的早期失效(infant failure)。


CIRCUSOL的合作夥伴和專家預估,約有半數進入廢物流的PV模組可被修復、整修或再利用。他們也提供了詳細的產業概況,包含目前在EoL各式場景中的積極參與者,以及相關輔助技術與商業模型的最新動態。


立法推了一小把

熟悉PV產業的人就會知道,目前的修復和整修作業還是相對非正式,且想當然耳,仍未系統化或標準化。事實上,這些活動現在是由獨立私人公司執行,原始製造商並未提供任何協助。因此,針對二次使用PV模組的特性分析、可靠度測試、認證或標示所提出的見解十分有限,且幾乎沒有相關標準。


但以實用面來看,並考量歐盟低電壓指令(Low Voltage Directive;LVD)(2014/35/EU),相關的符合性評鑑與安全要求依然有效,且也適用於二次使用的PV模組。


此外,歐盟廢電子電機設備指令(the Waste Electrical and Electronic Equipment;WEEE)(2012/19/EU)也解決了歐盟會員國的電子設備廢料管理要求。該指令指出,自2019年起,廢棄PV模組的回收/再循環率,按質量計算,應該分別達到85%和80%。EoL和回收技術必須進化,這不是秘密,而且這些技術還要變得可用,以用來達成WEEE對PV廢料所增設的更多要求。


群策群力 耕耘未來潛能

PV產業與相關利害關係人應該肩負起面對挑戰的責任,並共同在隨挑戰而來的諸多契機中獲取利益,包含的幾個完全充分理由如下:為可再循環性(recyclability)設計、為可修復性(repairability)設計概念之PV設計評估與驗證;具成本效益之二次使用PV模組可靠度測試與特性分析協定;PV再利用(即二次使用)之成本利潤與生命週期分析。


愛美科表示,作為CIRCUSOL計畫的成員,他們期望看到任何與計畫相關的貢獻、諮詢與互動投入。


(本文由愛美科授權刊登;作者Eszter Voroshazi1、Ioannis Tsanakas2為愛美科PV模組與系統活動研究團隊的1負責人、2研究員;編譯/吳雅婷)


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