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太阳能经济持续快速增长，全球已安装超过半太瓦的装机容量，产生了清洁电力。但是，光伏（PV）组件在其使用寿命结束时会发生什么？由于使用寿命以数十年计，光伏废弃物处理似乎是遥远的未来才会出现的问题。然而，该行业每年运送数百万吨的组件，并且随着行业的增长，这个数字将继续上升。包括计算机、电视和手机在内的电子垃圾总量每年约为 4500 万吨。
相比之下，到2050年，光伏废弃物将是这个数字的两倍。出于对接触有毒物质、处理成本增加以及资金不足的地方政府管理的垃圾填埋场超负荷运转的担忧，研究人员正在探索基于循环经济概念的全球太阳能废物管理解决方案。
与此同时，从沙子到稀有贵金属的一切需求都在持续上升。虽然仅供应全球约 1% 的电力，但光伏发电已经依赖全球 40% 的碲供应、15% 的银供应、大部分半导体级石英供应，以及少量但重要的铟、锌、锡和镓供应。闭合这些金属的循环并拥抱循环经济概念对于该行业的未来至关重要。
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欧洲处于领先地位
在成功的产品报废管理方面拥有良好记录的领先政策是生产者责任延伸制 (EPR)。十年前，欧洲光伏制造商开始参与一项名为“PV Cycle”的自愿 EPR 系统。2014 年，当该行业受到废弃电子电器 (WEEE) 指令的约束时，所有制造商都被要求参与 EPR 计划。自 2009 年以来，PV Cycle 运行的 EPR 计划已回收了超过 30,000 吨的光伏组件，并且随着收集中心的建立，推动了二手光伏组件的市场。
在美国，没有联邦电子垃圾法规来激励光伏废弃物的收集和回收。联邦法律仅要求对根据《资源保护和回收法》被定义为危险废物的光伏组件进行特殊管理。一些光伏组件因铅或镉而被认为是危险废物，另一些则根本不被认为是危险废物。由于无法通过目视检查来判断光伏组件是否危险，许多人认为收集所有光伏组件更简单。
美国的各州正在发挥主导作用。到 2020 年，希望在纽约或华盛顿市场销售产品的制造商将被要求参与回收和收集或 EPR 计划。加利福尼亚州的几个机构最近召集了一个工作组来评估各种方案，包括针对光伏组件和锂离子电池回收的 EPR，该州拥有一半以上的全国光伏装机容量。
没有明确的激励措施，回收市场正在苦苦挣扎
今天回收光伏组件的主要挑战是，与收集和回收成本相比，如何找到回收材料的价值。国际可再生能源机构报告称，到 2050 年，回收材料的价值可能超过 150 亿美元（美元）。但是，能够实现高价值材料回收的具有成本效益的光伏废弃物收集和回收系统仍然难以实现。光伏废弃物的大部分价值在于铝框架和金属化浆料中的银。要实现更高价值的光伏回收，需要管理玻璃方面的专业知识。按重量计算，一个组件的 80-90% 是玻璃。
如果未受污染，回收玻璃可以多次返回到其最高价值形式。今天的挑战是，由于受到（为了清晰度而添加的）锑以及来自背板和封装剂的塑料碎屑的污染，回收商无法从光伏废弃物中制造出高质量的玻璃。关于玻璃材料的决策需要回收技术的创新，也需要产品设计师和废物处理商之间更好的沟通。
市场信号对于吸引对回收基础设施的投资至关重要。2008 年，当多晶硅现货价格在 2000 年代飙升时，SolarWorld 尝试了回收技术。回收的硅成为其供应价格的对冲。他们证明，仅使用 100% 回收硅原料，回收的硅就能使制造整个光伏组件所需的能源减少 50%。但是，这个试验工厂从未扩展到他们计划的自动化光伏回收工厂，并且由于该公司难以与新兴的光伏制造商竞争而提前关闭。
创新和公共政策是关键
回收光伏废弃物需要材料加工和逆向物流方面的创新。人们已经探索了许多类型的回收工艺，包括批量回收所有类型的光伏废弃物，以及针对特定光伏技术的特定方法。目前还不清楚回收光伏组件的最佳机制是什么。如何以最少的驾驶方式最好地收集分散的光伏废弃物。前进的最佳途径尚未确定。
自愿措施可能会奏效，但可能还远远不够。当它是强制性的时，EPR 最有效，因为它有助于避免搭便车者，即从回收中受益但不为此付费的公司。许多太阳能倡导者对强制性 EPR 持负面看法，认为它会增加该行业的成本，因为它与天然气竞争。一些制造商已要求制定回收法律以创造公平的竞争环境。
美国国家标准学会/美国国家标准协会制定了一项可持续发展领导标准，该标准奖励参与不以客户资金为基础的回收和收集计划的公司。First Solar 拥有能够回收 95% 半导体材料和几乎所有碲的回收设施。这有助于他们满足关于镉含量的监管要求，并保证将其排除在垃圾填埋场之外，同时作为对投资者对冲碲供应和价格波动的手段。
所有这些趋势都表明需要更环保的产品设计和供应链责任，以确保可持续性。太阳能对于应对气候变化和能源贫困至关重要。迫切需要采用循环经济方法进行光伏废弃物和材料回收，以支持这些作用。