常規(guī)p型多晶硅光伏組件的全生命周期評價報告

1        政策背景

自習(xí)近平同志在十九大報告中指出“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”以來，黨中央、國務(wù)院高度重視生態(tài)文明建設(shè)，先后出臺了一系列重大決策部署，推動生態(tài)文明建設(shè)，這其中， “生命周期”思想在國務(wù)院65份文件中出現(xiàn)。例如：2015年5月8日，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，以“全面推行綠色制造”為戰(zhàn)略任務(wù)和重點之一，“強化產(chǎn)品全生命周期綠色管理，努力構(gòu)建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色制造體系”。2016年07月28日，國發(fā)〔2016〕43號，國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知，重點研究基于“……全生命周期制造服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展綠色制造技術(shù)與產(chǎn)品，重點研究再設(shè)計、再制造與再資源化等關(guān)鍵技術(shù)，推動制造業(yè)生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)創(chuàng)新。”2016年12月07日，國辦發(fā)〔2016〕86號，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于建立統(tǒng)一的綠色產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、認證、標(biāo)識體系的意見》，要“兼顧資源節(jié)約、環(huán)境友好、消費友好等特性，制定基于產(chǎn)品全生命周期的綠色產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、認證、標(biāo)識體系建設(shè)一攬子解決方案”。2017年01月03日國辦發(fā)〔2016〕99號, 《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度推行方案的通知》，定義“生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度是指將生產(chǎn)者對其產(chǎn)品承擔(dān)的資源環(huán)境責(zé)任從生產(chǎn)環(huán)節(jié)延伸到產(chǎn)品設(shè)計、流通消費、回收利用、廢物處置等全生命周期的制度”。

國際上，歐盟委員會于2013年4月提出“建設(shè)綠色產(chǎn)品統(tǒng)一市場”的目標(biāo)，計劃運用全生命周期評價的方法對歐盟市場上所有的產(chǎn)品與組織進行統(tǒng)一的環(huán)境足跡評價（Product Environmental Footprint -PEF），以解決目前歐盟市場中沒有統(tǒng)一的綠色標(biāo)識問題。2013年5月，歐盟啟動了為期五年的試點過程，首批納入試點的產(chǎn)品超過20種類別，產(chǎn)品涵蓋各個領(lǐng)域，包括啤酒、咖啡、奶制品、紅酒、冷熱水、IT設(shè)備、植物、金屬、皮革、便攜式充電電池、T恤、寵物食品等。光伏產(chǎn)品也納入了首批試點范圍中，并已于2019年2月12日正式發(fā)布了針對光伏產(chǎn)品的PEF細則。目前對于產(chǎn)品的PEF認證采取的是自愿申請的模式，但是歐盟環(huán)境署歐盟環(huán)境足跡（PEF）技術(shù)與政策負責(zé)人Michele Galatola曾在公開場合表明，不排除對產(chǎn)品執(zhí)行強制認證以作為市場準(zhǔn)入的條件之一的可能性。

另外，2019年3月，第四屆聯(lián)合國環(huán)境大會上，各國代表承諾，通過綜合的全生命周期方法和分析來改善國家資源管理戰(zhàn)略，實現(xiàn)資源節(jié)約型低碳經(jīng)濟。

總之，在國內(nèi)、國際的政策大環(huán)境中，全生命周期已經(jīng)上升到重要、甚至關(guān)鍵地位。我國作為光伏產(chǎn)品生產(chǎn)與銷售大國，對光伏產(chǎn)品進行全生命周期評價的意義不言而喻。

2        全生命周期評價簡介

生命周期評價（LCA- Life Cycle Assessment）是一種編制和評估產(chǎn)品或服務(wù)系統(tǒng)在整個生命周期中的投入，產(chǎn)出和環(huán)境影響的方法，其具體實施措施由標(biāo)準(zhǔn)ISO 14040~14044規(guī)定。

根據(jù)ISO規(guī)定，LCA的分析主要流程包括四部分，分別是：

l  目標(biāo)與范圍定義 （G&S - Goal and scope definition）：我們嘗試了解哪些內(nèi)容？

l  建立生命周期清單（LCI - life cycle inventory）：產(chǎn)品涵蓋哪些內(nèi)容？

l  生命周期影響評價（LCIA - Life cycle impact assessment）：它會產(chǎn)生哪些影響？

l  生命周期解釋（Interpretation）：數(shù)據(jù)解讀-它意味著什么？

2.1 目標(biāo)與范圍定義

我們要評估的對象是什么？它可大可小，可以是一個很小的零部件，也可以是一整個服務(wù)系統(tǒng)。

產(chǎn)品生命周期的范圍有多大？需要劃定系統(tǒng)邊界。一般情況下，產(chǎn)品的生命周期范圍包括以下幾種：一，從搖籃到墳?zāi)?，通常表示從原材料到最終處置的所有階段，包括生產(chǎn)、運輸、安裝、使用、廢棄等階段。二，從搖籃到搖籃，表示在使用階段過后，還跟蹤產(chǎn)品元素之后的去向，并且特別關(guān)注回收和重用。三，從搖籃到大門，包括從原材料到離開生產(chǎn)（工廠大門）并發(fā)運給客戶之前的所有階段，這是大多數(shù)制造商有能力直接發(fā)揮影響力的末端。四，從大門到大門，范圍很窄的 LCA，只專注于生產(chǎn)過程中的某個特定階段。

2.2 建立生命周期清單

建立生命周期清單（LCI - life cycle inventory），包括建模、收集數(shù)據(jù)和計算。

建模，即總結(jié)完整的工藝技術(shù)路線，并將完整的工藝技術(shù)路線分解為一個個單元過程，對于每一個單元過程，指出其中所涉及到的各種原材料、制造工藝、運輸、使用、廢物管理等過程的技術(shù)內(nèi)容。原則上單元過程分得越細越好，但是考慮到單元過程的數(shù)據(jù)收集的可能性，可以將單元過程根據(jù)實際情況進行劃分。

收集數(shù)據(jù)，根據(jù)繪制的工藝流程圖，將各個單元過程中的材料輸入、產(chǎn)品和副產(chǎn)品、固體廢物、空氣和水排放的相關(guān)數(shù)據(jù)進行收集填空。收據(jù)可分為實景數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)，從工廠制造一線、使用端實際情況獲得數(shù)據(jù)，稱為實景數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)庫中獲得例如電力、公路運輸?shù)葦?shù)據(jù)，稱為背景數(shù)據(jù)。

計算，為了便于橫向比較，在LCA研究中定義功能單位，計算便是將收集來的數(shù)據(jù)按照功能單位進行分配。

2.3 生命周期影響評價

在創(chuàng)建了詳細的LCI之后，需要將產(chǎn)品對環(huán)境的影響分配到流程中的各個步驟上，一個產(chǎn)品在整個生命周期過程當(dāng)中它所消耗的材料和能源，所排放的固體廢物、空氣和水排放會產(chǎn)生哪些影響？生命周期影響評價（LCIA - Life cycle impact assessment）便是利用各種特征化因子對產(chǎn)品系統(tǒng)在其整個生命周期中潛在環(huán)境影響的程度和重要性進行了解和評估。

根據(jù)評價的目的不同，LCA有多種指標(biāo)體系可供選擇。這里僅介紹ReCiPe2016指標(biāo)。它包括中點（問題導(dǎo)向）指標(biāo)和終點（損害導(dǎo)向）指標(biāo)。其中，中點指標(biāo)有：氣候變化climate change (單位kg CO2 eq，讀作：千克二氧化碳當(dāng)量)，臭氧耗竭ozone depletion (kg CFC-11 eq)，陸地酸化terrestrial acidification (kg SO2 eq)，淡水富營養(yǎng)化freshwater eutrophication (kg P eq)，海洋富營養(yǎng)化marine eutrophication (kg N eq)，人體毒性human toxicity (kg 1,4-DB eq)，光化學(xué)氧化劑形成photochemical oxidant formation (kg NMVOC)，顆粒物形成particulate matter formation (kg PM10 eq)，陸地生態(tài)毒性terrestrial ecotoxicity (kg 1,4-DB eq)，淡水生態(tài)毒性freshwater ecotoxicity (kg 1,4-DB eq)，海洋生態(tài)毒性marine ecotoxicity (kg 1,4-DB eq)，電離輻射ionising radiation (kBq U235 eq)，農(nóng)業(yè)占地agricultural land occupation (m2a)，城市土地占用urban land occupation (m2a)，自然土地改造natural land transformation (m2)，水耗盡water depletion (m3)，金屬耗盡metal depletion (kg Fe eq)，化石枯竭fossil depletion (kg oil eq)。將18種中點影響類別分別乘以損害因子匯總到3中終點損害導(dǎo)向指標(biāo)：人類健康human health，生態(tài)系統(tǒng)ecosystems，資源稀缺resource scarcity。其中對人類健康的損害，單位是DALYs（Disability Adjusted Life Years），表示每年生命死亡和殘疾的人數(shù)；對生態(tài)系統(tǒng)的破壞，單位是species.yr，表示某一時期某一地區(qū)物種的喪失；資源損失，單位是$，表示為未來提取礦物和化石燃料所需的剩余能量。

2.4 生命周期解釋

為了使LCA報告具有可讀性和指導(dǎo)意義，需要對數(shù)據(jù)進行解讀，說明這些數(shù)據(jù)意味著什么。例如：光伏產(chǎn)品作為一種可再生能源系統(tǒng)，在后續(xù)的使用階段會產(chǎn)生能量，那到底多長時間產(chǎn)品本身產(chǎn)生的能量可以抵消生產(chǎn)產(chǎn)品所需要的能量呢？這是能量回收期（EPBT – Energypayback time）的概念（一個可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生用于生產(chǎn)系統(tǒng)本身所需的能量相同數(shù)量的能量（以一次能源當(dāng)量計）所需要的時間）。再例如，在生產(chǎn)和使用過程中，我們增加或者減少某一個或某幾個原材料的用量，對于最終的LCA的評估結(jié)果有何影響呢？這是敏感性分析，譬如，使用水電替代目前中電網(wǎng)中比例最高的火電，其二氧化碳排放量會顯著降低，降低產(chǎn)品氣候變化影響類別的影響；技術(shù)的進步使得電池光電轉(zhuǎn)換效率進一步提高，發(fā)電量的增加可以攤薄光伏產(chǎn)品每發(fā)一度電的環(huán)境影響；電極漿料用量的降低，尤其是銀漿料用量的降低，會降低金屬耗盡影響類別的影響。

在對全生命周期評價的概念與操作有了基本了解之后，接下來是對常規(guī)p型多晶硅光伏組件的全生命周期評價報告。

3        常規(guī)p型多晶硅光伏組件的LCA報告

3.1 目標(biāo)與范圍定義

3.1.1       目標(biāo)定義

3.1.1.1    產(chǎn)品信息

本研究以標(biāo)稱275 W的常規(guī)p型多晶硅光伏組件作為研究對象。其組件結(jié)構(gòu)如圖 3?1所示，組件由60塊常規(guī)p型多晶硅太陽電池平鋪組成，自上而下結(jié)構(gòu)分別是前蓋板玻璃、外EVA（乙烯醋酸乙烯酯，Ethylvinylacetate）層、電池層（焊帶連接）、內(nèi)EVA層、背板層，以及外側(cè)的鋁邊框。組件面積約1.62 m²，組件重量約18.9 Kg。太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率約19.48%，電池至組件封裝系數(shù)（CTM）約為99.5%。

圖3?1組件結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.1.2    功能單位與基準(zhǔn)流

本報告以光伏組件產(chǎn)生1 kWh的交流電作為功能單位?；鶞?zhǔn)流是光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下所輸出的最大功率（kWp）?；鶞?zhǔn)流與功能單位之間通過全壽命發(fā)電量的倒數(shù)相關(guān)聯(lián)，即，功能單位=（1/全壽命發(fā)電量）×基準(zhǔn)流。

3.1.1.3    數(shù)據(jù)代表性

本報告旨在分析2018年我國常規(guī)p型多晶硅光伏組件的生產(chǎn)水平。

3.1.2       范圍定義

本研究包括常規(guī)p型多晶硅光伏組件的生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段。其中，生產(chǎn)階段包括原材料的獲取和加工和產(chǎn)品生產(chǎn)兩個子階段，包括原材料的運輸階段。安裝階段包括產(chǎn)品運輸、產(chǎn)品安裝兩個子階段。使用階段包括產(chǎn)品運行、產(chǎn)品維護、產(chǎn)品維修三個子階段。壽命終止階段包括產(chǎn)品拆解、廢物運輸、廢棄階段三個子階段。

3.1.3       方法選擇

3.1.3.1    環(huán)境影響類別指標(biāo)的選擇

選擇ReCiPe2016中點（midpoint）和終點（endpoint）指標(biāo)。

3.1.3.2    軟件與數(shù)據(jù)庫

基于Simapro8.3和Ecoinvent3.0數(shù)據(jù)庫進行建模與計算。

3.2 建模與生命周期清單

本報告以光伏組件產(chǎn)生1 kWh的交流電作為功能單位。以光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)條件下所輸出的最大功率1 kWp作為基準(zhǔn)流。

3.2.1       生產(chǎn)階段

生產(chǎn)階段包括原材料的獲取和加工、產(chǎn)品生產(chǎn)兩個子階段。

在原材料的獲取和加工子階段。組件生產(chǎn)的原材料有：太陽電池、前蓋板玻璃、EVA、焊帶、背板、鋁邊框等，其中太陽電池的生產(chǎn)階段另行建模，其他材料使用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。在太陽電池的生產(chǎn)階段，需要使用的原材料有硅片、漿料、化學(xué)品和各種氣體，分別使用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行建模。如圖 3?2所示。

在產(chǎn)品生產(chǎn)子階段，檢測工廠污染物和廢棄物的排放。

圖3?2生產(chǎn)階段模型示意圖

此階段包括原材料的運輸過程，統(tǒng)一采用卡車（>32 t, EURO 4）進行運輸，運輸距離以100 km為計。

3.2.2       安裝階段

安裝階段包括產(chǎn)品運輸、產(chǎn)品安裝兩個子階段。

在產(chǎn)品運輸子階段，統(tǒng)一采用卡車（>32 t, EURO 4）進行運輸。生產(chǎn)地江蘇省距離安裝地青海省約2000 km。由于卡車運輸光伏組件的數(shù)量受產(chǎn)品形狀所限，光伏組件的堆疊高度不能完全填充卡車的可用體積，對于晶體硅光伏組件僅有64％的利用率。

在產(chǎn)品安裝子階段，如圖 3?3所示。光伏系統(tǒng)安裝所需要的混凝土、支架、逆變器、電纜等均不包括在系統(tǒng)邊界之內(nèi)。只考慮安裝階段所需要的電能，以每kWp需要10 kWh電能計算。

圖3?3安裝階段模型示意圖

3.2.3       使用階段

使用階段包括產(chǎn)品運行、產(chǎn)品維護、產(chǎn)品維修三個子階段。

在產(chǎn)品運行子階段，光伏組件吸收太陽能轉(zhuǎn)換為電能。以組件安裝在青海省為例，當(dāng)?shù)氐哪晏栞椪斩葹?span style=";color:black">6368.77 MJ·m^-2。通常認為光伏組件的服役年限為25年，年衰減率為0.7%，大型地面電站的光伏系統(tǒng)效率（組件直流額定性能（產(chǎn)品輻照度與組件額定轉(zhuǎn)換效率的乘積）與實際交流發(fā)電量之間的差異）PR=0.8。以公式

光伏系統(tǒng)年發(fā)電量=年太陽輻照度（斜面上）×電池面積×光電轉(zhuǎn)換效率×系統(tǒng)效率

計算。在正常工況下，此階段無物質(zhì)消耗、無能量消耗、無污染物排放。

在產(chǎn)品維護子階段，需要使用水對光伏組件表面進行清洗，包括清潔用水的供應(yīng)和隨后的廢水處理。每單位面積的光伏組件使用恒定的水量。對于給定的最大輸出功率的電站，其組件的面積大小取決于組件的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，光伏組件清潔用水及處理是一個產(chǎn)品依賴過程。假設(shè)清潔光伏組件的用水為20 L/m²。

在產(chǎn)品維修子階段，需要一定的電能消耗，假設(shè)1kWp的光伏組件需要0.2kWh電能。

3.2.4       壽命終止階段

壽命終止階段包括產(chǎn)品拆解、廢物運輸、廢棄階段三個子階段。

在產(chǎn)品拆解子階段，需要一定的電能消耗，假設(shè)1kWp的光伏組件需要0.1 kWh電能。

在廢物運輸子階段，統(tǒng)一采用卡車（>32 t, EURO 4）進行運輸。安裝地青海省距離回收處理地河北省約1500 km。由于卡車運輸光伏組件的數(shù)量受產(chǎn)品形狀所限，光伏組件的堆疊高度不能完全填充卡車的可用體積，對于晶體硅光伏組件僅有64％的利用率。

在廢棄子階段，依照目前的回收水平，只按照惰性物質(zhì)進行填埋處理。

3.3 生命周期影響分析

3.3.1       能量回收期

根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)和軟件Simapro的幫助下，裝機量為1kWp的常規(guī)p型多晶硅光伏組件在其生產(chǎn)、安裝、使用和壽命終止階段的能源需求如表 3?1所示，各個部分的比例如圖 3?4所示。在整個生命周期中，能源總需求為1520.54 kWh，其中非可再生能源需求為1138.91 kWh。能量回收期（EPBT- Primary energy demand and energy payback time）的計算公式如下：

EPBT=總能量需求/光伏系統(tǒng)年平均發(fā)電量

本案例中，假設(shè)光伏組件安裝在日光充足的青海省，1kWp的常規(guī)p型多晶硅光伏組件在25年服役期間共發(fā)電30195.87kWh，年平均發(fā)電量為1207.83kWh。能量回收期為1.26年，其中非再生能源能量回收期以“非可再生能源能量總需求/光伏系統(tǒng)年平均發(fā)電量”計算，即0.94年。

表3?1裝機量為1kWp的常規(guī)p型多晶硅光伏組件在其生產(chǎn)、安裝、使用和壽命終止階段的能源需求

早在1976年，在最早的有關(guān)光伏系統(tǒng)的LCA的研究中指出，依據(jù)當(dāng)時的技術(shù)，從原始的SiO₂開始到制備成太陽電池，航天用和地面用的太陽電池的EPBT分別是24年和12年[1]。2014年，隨著技術(shù)的進步，這一數(shù)值已經(jīng)降低了2~6年（與光伏組件安裝地點的太陽輻照度有關(guān)）[2]。本案例中，使用2018年技術(shù)水平作為參考，光伏組件的能量回收期進一步下降。

圖3?4裝機量為1kWp的常規(guī)p型多晶硅光伏組件在其生產(chǎn)、安裝、使用和壽命終止階段的能源需求比例圖示

3.3.2       中點模型環(huán)境影響分析（ReCiPe-Midpoint）

選擇ReCiPe2016中點（midpoint）指標(biāo)，分別討論組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在氣候變化等18個環(huán)境影響類別的貢獻，貢獻比例如圖 3?5所示，貢獻數(shù)值如表 3?2所示。

其中生產(chǎn)階段的貢獻最大，在18項指標(biāo)中有13項指標(biāo)的貢獻比例超過90%。使用階段對環(huán)境的影響可忽略，只有2項指標(biāo)的貢獻比例超過0.1%。

圖3?5常規(guī)p型多晶硅光伏組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在18個中點環(huán)境影響類別的貢獻。

表3?2常規(guī)p型多晶硅光伏組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在18個中點環(huán)境影響類別的貢獻

3.3.2.1    氣候變化

環(huán)境影響類別氣候變化，以kg CO₂ eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.56E-02kg CO₂ eq，占比94.35%；安裝階段產(chǎn)生5.46E-04kg CO₂ eq，占比3.31%；使用階段產(chǎn)生1.16E-06kg CO₂ eq，占比0.01 %；壽命終止階段產(chǎn)生3.86E-04kg CO₂ eq，占比2.34%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?6所示，其中：硅片占比35.01%，生產(chǎn)耗電占比33.66%，鋁邊框占比10.03%，玻璃占比8.35%，運輸過程占比5.55%，PVF占比1.82%，正銀漿料占比1.25%。

圖3?6生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別氣候變化的貢獻比例圖

3.3.2.2    臭氧耗竭

環(huán)境影響類別臭氧耗竭，以kg CFC-11 eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生9.19E-10kg CFC-11 eq，占比83.66%；安裝階段產(chǎn)生1.04E-10kg CFC-11 eq，占比9.50%；使用階段產(chǎn)生1.29E-13kg CFC-11 eq，占比0.01 %；壽命終止階段產(chǎn)生7.50E-11kg CFC-11 eq，占比6.83%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?7所示，其中：硅片占比47.65%，運輸占比16.22%，玻璃占比11.90%，鋁邊框占比9.47%，正銀漿料占比3.66%，除生產(chǎn)外其他階段耗電占比2.88%，氫氟酸占比2.43%，PVF占比1.90%。

圖3?7生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別臭氧耗竭的貢獻比例圖

3.3.2.3    陸地酸化

環(huán)境影響類別陸地酸化，以kg SO² eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生9.98E-05kg SO² eq，占比96.41 %；安裝階段產(chǎn)生2.18E-06kg SO² eq，占比2.10%；使用階段產(chǎn)生4.54E-09kg SO² eq，占比0.00%；壽命終止階段產(chǎn)生1.54E-06kg SO² eq，占比1.49%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?8所示，其中：生產(chǎn)耗電占比46.93%，硅片占比24.06%，玻璃占比11.49%，鋁邊框占比4.39%，運輸占比3.53%，氫氟酸占比2.42%，正銀漿料占比2.01%，PVF占比1.49%。

圖3?8生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別陸地酸化的貢獻比例圖

3.3.2.4    淡水富營養(yǎng)化

環(huán)境影響類別淡水富營養(yǎng)化，以kg P eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生7.24E-06kg P eq，占比98.70%；安裝階段產(chǎn)生6.54E-08kg P eq，占比0.89%；使用階段產(chǎn)生8.36E-10kg P eq，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生2.92E-08kg P eq，占比0.40%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?9所示，其中：硅片占比41.89%，焊帶占比16.86%，正銀漿料占比12.05%，生產(chǎn)耗電占比9.62%，鋁邊框占比8.13%，玻璃占比2.72%，背銀漿料占比2.31%，氫氟酸占比1.75%，PVF占比1.30%。

圖3?9生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別淡水富營養(yǎng)化的貢獻比例圖

3.3.2.5    海洋富營養(yǎng)化

環(huán)境影響類別海洋富營養(yǎng)化，以kg N eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生5.39E-06kg N eq，占比96.65 %；安裝階段產(chǎn)生1.10E-07kg N eq，占比1.97 %；使用階段產(chǎn)生2.86E-10kg N eq，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生7.63E-08kg N eq，占比1.37%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?10所示，其中：電池制造過程排放占比40.53%，硅片占比21.45%，生產(chǎn)耗電占比15.26%，玻璃占比6.53%，鋁邊框占比4.14%，運輸占比3.24%，正銀漿料占比3.15%，焊帶占比1.80%。

圖3?10生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別海洋富營養(yǎng)化的貢獻比例圖

3.3.2.6    人體毒性

環(huán)境影響類別人體毒性，以kg 1,4-DB eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生7.26E-03kg 1,4-DB eq，占比95.89%；安裝階段產(chǎn)生1.85E-04kg 1,4-DB eq，占比2.44%；使用階段產(chǎn)生7.16E-07kg 1,4-DB eq，占比0.01 %；壽命終止階段產(chǎn)生1.25E-04kg 1,4-DB eq，占比1.66%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?11所示，其中：硅片占比27.63%，焊帶占比21.52%，正銀將來哦占比19.83%，生產(chǎn)耗電占比8.24%，鋁邊框占比7.33%，運輸占比3.93%，背銀漿料占比3.81%，氫氟酸占比2.20%，玻璃占比2.19%。

圖3?11生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別人體毒性的貢獻比例圖

3.3.2.7    光化學(xué)氧化劑形成

環(huán)境影響類別光化學(xué)氧化劑形成，以kg NMVOC為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生5.46E-05kg NMVOC，占比91.37%；安裝階段產(chǎn)生2.98E-06kg NMVOC，占比4.98%；使用階段產(chǎn)生3.12E-09kg NMVOC，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生2.18E-06kg NMVOC，占比3.65%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?12所示，其中：生產(chǎn)耗電占比35.76%，硅片占比24.34%，玻璃占比13.16%，運輸占比8.66%，鋁邊框占比4.62%，電池制造過程占比3.57%，正銀漿料占比3.22%，氫氟酸占比1.51%，PVF占比1.34%。

圖3?12生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別光化學(xué)氧化劑形成的貢獻比例圖

3.3.2.8    顆粒物形成

環(huán)境影響類別顆粒物形成，以kg PM10 eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生4.09E-05kg PM10 eq，占比94.97 %；安裝階段產(chǎn)生1.26E-06kg PM10 eq，占比2.92%；使用階段產(chǎn)生1.89E-09kg PM10 eq，占比0.00%；壽命終止階段產(chǎn)生9.08E-07kg PM10 eq，占比2.11%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?13所示，其中：硅片占比36.69%，生產(chǎn)耗電占比35.29%，玻璃占比8.38%，運輸占比5.02%，鋁邊框占比4.60%，正銀漿料占比2.20%，氫氟酸占比2.07%，焊帶占比1.20%。

圖3?13生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別顆粒物形成的貢獻比例圖

3.3.2.9    陸地生態(tài)毒性

環(huán)境影響類別陸地生態(tài)毒性，以kg 1,4-DB eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生6.95E-07kg 1,4-DB eq，占比55.71 %；安裝階段產(chǎn)生3.16E-07kg 1,4-DB eq，占比25.34%；使用階段產(chǎn)生1.68E-10kg 1,4-DB eq，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生2.36E-07kg 1,4-DB eq，占比18.93 %。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?14所示，其中：運輸占比44.97%，硅片占比27.62%，生產(chǎn)耗電9.95%，鋁邊框6.48%，玻璃2.66%，正銀漿料1.55%，氫氟酸1.55%，電池制造過程1.37%。

圖3?14生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別陸地生態(tài)毒性的貢獻比例圖

3.3.2.10              淡水生態(tài)毒性

環(huán)境影響類別淡水生態(tài)毒性，以kg 1,4-DB eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.25E-04kg 1,4-DB eq，占比97.47%；安裝階段產(chǎn)生1.91E-06kg 1,4-DB eq，占比1.49%；使用階段產(chǎn)生1.07E-08kg 1,4-DB eq，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生1.33E-06kg 1,4-DB eq，占比1.04%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?15所示，其中：硅片占比46.12%，正銀漿料占比22.43%，焊帶占比10.66%，背銀漿料占比4.31%，生產(chǎn)耗電占比3.55%，率比安康占比2.99%，氫氟酸占比2.96%，運輸占比2.46%，背鋁漿料占比1.03%，玻璃占比1.03%，PET占比1.02%。

圖3?15生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別淡水生態(tài)毒性的貢獻比例圖

3.3.2.11              海洋生態(tài)毒性

環(huán)境影響類別海洋生態(tài)毒性，以kg 1,4-DB eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.53E-04kg 1,4-DB eq，占比95.86%；安裝階段產(chǎn)生3.83E-06kg 1,4-DB eq，占比2.40%；使用階段產(chǎn)生6.26E-09kg 1,4-DB eq，占比0.00%；壽命終止階段產(chǎn)生2.76E-06kg 1,4-DB eq，占比1.73%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?16所示，其中：硅片占比34.66%，正銀漿料占比33.83%，焊帶占比8.32%，背銀漿料占比6.50%，運輸占比4.11，鋁邊框占比3.26%，生產(chǎn)耗電占比3.10%，氫氟酸占比2.30%，玻璃占比1.09%。

圖3?16生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別海洋生態(tài)毒性的貢獻比例圖

3.3.2.12              電離輻射

環(huán)境影響類別電離輻射，以kBq U₂₃₅ eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.50E-03kBq U₂₃₅ eq，占比85.54 %；安裝階段產(chǎn)生2.14E-04kBq U₂₃₅ eq，占比12.24%；使用階段產(chǎn)生4.47E-06kBq U₂₃₅ eq，占比0.26%；壽命終止階段產(chǎn)生3.44E-05kBq U₂₃₅ eq，占比1.97%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?17所示，其中：硅片占比43.82%，鋁邊框占比20.31%，除生產(chǎn)外其他階段耗電占比10.04%，玻璃占比6.84%，生產(chǎn)耗電占比6.50%，運輸占比4.44%，PVF占比3.41%，氫氟酸占比1.42%，正銀漿料占比1.30%。

圖3?17生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別電離輻射的貢獻比例圖

3.3.2.13              農(nóng)業(yè)占地

環(huán)境影響類別農(nóng)業(yè)占地，以m²a為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生8.21E-04m²a，占比98.32 %；安裝階段產(chǎn)生8.20E-06m²a，占比0.98%；使用階段產(chǎn)生7.43E-08m²a，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)圖 3?18生5.75E-06m²a，占比0.69%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如所示，其中：硅片占比61.72%，生產(chǎn)耗電占比19.72%，玻璃占比4.99%，鋁邊框占比4.51%，正銀漿料占比2.68%，運輸占比1.63%，氫氟酸占比1.59%。

圖3?18生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別農(nóng)業(yè)占地的貢獻比例圖

3.3.2.14              城市土地占用

環(huán)境影響類別城市土地占用，以m²a為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.26E-04m²a，占比58.15%；安裝階段產(chǎn)生5.20E-05m²a，占比23.93%；使用階段產(chǎn)生4.81E-08m²a，占比0.02%；壽命終止階段產(chǎn)生3.89E-05m²a，占比17.90%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如所示，其中：運輸占比42.53%，生產(chǎn)耗電占比21.25%，硅片占比16.15%，正銀漿料占比7.50%，鋁邊框占比3.41%，玻璃占圖 3?19比3.00%，焊帶占比1.55%，背銀漿料占比1.44%，氫氟酸占比1.15%。

圖3?19生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別城市土地占用的貢獻比例圖

3.3.2.15              自然土地改造

環(huán)境影響類別自然土地改造，以為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.37E-06m²，占比78.34%；安裝階段產(chǎn)生2.16E-07m²，占比12.40%；使用階段產(chǎn)生2.93E-10m²，占比0.02%；壽命終止階段產(chǎn)生1.61E-07m²，占比9.24%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?20所示，其中：硅片占比44.65%，運輸占比21.96%，生產(chǎn)耗電占比15.92%，正銀漿料占比3.72%，氫氟酸占比3.33%，鋁邊框占比3.02%，玻璃占比2.74%。

圖3?20生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別自然土地改造的貢獻比例圖

3.3.2.16              水耗盡

環(huán)境影響類別水耗盡，以m³為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生7.51E-04m³，占比98.86%；安裝階段產(chǎn)生3.76E-06m³，占比0.50%；使用階段產(chǎn)生3.62E-06m³，占比0.48%；壽命終止階段產(chǎn)生1.28E-06m³，占比0.17%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?21所示，其中：硅片占比61.94%，生產(chǎn)耗電占比22.98%，鋁邊框占比5.17%，自來水占比3.37%，玻璃占比2.41%，PVF占比1.00%。

圖3?21生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別水耗盡的貢獻比例圖

3.3.2.17              金屬耗盡

環(huán)境影響類別金屬耗盡，以kg Fe eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生7.87E-04kg Fe eq，占比96.78%；安裝階段產(chǎn)生1.50E-05kg Fe eq，占比1.84%；使用階段產(chǎn)生0.00E+00kg Fe eq，占比0.00 %；壽命終止階段產(chǎn)生1.12E-05kg Fe eq，占比1.38%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?22所示，其中：正銀漿料占比67.60%，背銀漿料占比12.99%，硅片占比10.83%，氫氟酸占比3.31%，運輸占比3.28%。

圖3?22生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別金屬耗盡的貢獻比例圖

3.3.2.18              化石枯竭

環(huán)境影響類別化石枯竭，以kg oil eq為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.81E-03kg oil eq，占比84.26%；安裝階段產(chǎn)生1.93E-04kg oil eq，占比9.00%；使用階段產(chǎn)生1.72E-09kg oil eq，占比0.00 %；壽命終止階段產(chǎn)生1.45E-04kg oil eq，占比6.75 %。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?23所示，其中：硅片占比68.98%，運輸占比16.02%，PET占比4.00%，氫氟酸占比3.32%，正銀漿料占比2.57%，EVA占比1.46%，背鋁漿料占比1.26%。

圖3?23生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別化石枯竭的貢獻比例圖

3.3.3       終點模型環(huán)境影響分析（ReCiPe-Endpoint）

選擇ReCiPe2016終點（end-point）指標(biāo)，分別討論組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在人體健康（Human Health）、生態(tài)系統(tǒng)（Ecosystems）、資源（Resources）等3個環(huán)境影響類別的貢獻，貢獻比例如圖 3?24所示，貢獻數(shù)值如表 3?3所示。

圖3?24常規(guī)p型多晶硅光伏組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在3個終點環(huán)境影響類別的貢獻。

表3?3常規(guī)p型多晶硅光伏組件在生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段在3個終點環(huán)境影響類別的貢獻。

3.3.3.1    人類健康

環(huán)境影響類別人類健康，以DALY為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生3.76E-08，占比94.72%；安裝階段產(chǎn)生1.23E-09，占比3.09%；使用階段產(chǎn)生2.69E-12，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生8.66E-10，占比2.18%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?25所示，其中：硅片占比34.53%，生產(chǎn)耗電占比30.68%，鋁邊框占比8.14%，玻璃占比7.54%，運輸占比5.18%，正銀漿料占比4.00%，焊帶占比3.26%，氫氟酸占比1.49%，PVF占比1.47%。

圖3?25生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別人體健康的貢獻比例圖

3.3.3.2    生態(tài)系統(tǒng)

環(huán)境影響類別生態(tài)系統(tǒng)，以species.yr為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生1.40E-10，占比93.18%；安裝階段產(chǎn)生5.95E-12，占比3.97%；使用階段產(chǎn)生1.17E-14，占比0.01%；壽命終止階段產(chǎn)生4.27E-12，占比2.84%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?26所示，其中：硅片占比36.37%，生產(chǎn)耗電占比31.94%，鋁邊框占比9.30%，玻璃占比7.85%，運輸占比6.75%，PVF占比1.66%，正銀漿料占比1.63%，氫氟酸占比1.14%。

圖3?26生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別生態(tài)系統(tǒng)的貢獻比例圖

3.3.3.3    資源

環(huán)境影響類別資源，以$為單位，其中生產(chǎn)階段產(chǎn)生3.56E-04，占比86.01%；安裝階段產(chǎn)生3.30E-05，占比7.99%；使用階段產(chǎn)生2.86E-10，占比0.00%；壽命終止階段產(chǎn)生2.48E-05，占比5.99%。在整個生命周期中，占比超過1%的子類別如圖 3?27所示，其中：硅片占比60.79%，運輸占比14.24%，正銀漿料占比11.72%，PET占比3.57%，氫氟酸占比3.32%，背銀漿料占比2.25%，EVA占比1.28%，背鋁漿料占比1.11%。

圖3?27生命周期中各個項目對環(huán)境影響類別資源的貢獻比例圖

3.4 生命周期解釋

3.4.1       與國家電網(wǎng)綜合電力的對比

在我國的國家電網(wǎng)中，以煤為原料的火電占到了70%以上的比例。圖 3?28顯示了使用常規(guī)p型多晶硅光伏組件產(chǎn)生1kWh交流電和國家綜合電網(wǎng)發(fā)1kWh交流電在18項中點環(huán)境影響類別的比較。在18項指標(biāo)中，有13項指標(biāo)低于綜合電網(wǎng)的10%，16項指標(biāo)低于20%。即，總體而言，縱觀光伏組件的生產(chǎn)、安裝、使用和廢棄的全生命周期過程，其造成的環(huán)境影響仍較目前以火電為主的電力結(jié)構(gòu)要小的多，光伏發(fā)電是名副其實的“綠色發(fā)電”。值得注意的是金屬耗盡指標(biāo)，由于電池的制造過程中使用了銀漿料，銀作為貴金屬，其與鐵當(dāng)量兌換比例相當(dāng)高，所以不可忽略，在未來的技術(shù)中，應(yīng)盡量降低銀等貴金屬的使用量，或者使用其他材料作為替代。

圖3?28光伏組件與電網(wǎng)分別發(fā)1kWh的交流電，在18項中點環(huán)境影響類別的比較。

3.4.2       電池效率提升

電池效率是光伏組件的重要質(zhì)量指標(biāo)，電池效率的提升可以使得單位面積光伏組價的發(fā)電量上升，從而攤薄每kWp光伏組件生產(chǎn)階段的環(huán)境影響。電池效率由19.48%上升至22%的18個ReCiPe中點指標(biāo)的環(huán)境影響貢獻比較如圖 3?29所示。電池效率上升2.52%，各個環(huán)境影響類別的貢獻平均下降10%。

圖3?29電池效率提升各個環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻標(biāo)準(zhǔn)值對比。

3.5 結(jié)論

本報告對標(biāo)稱275 W的常規(guī)p型多晶硅光伏組件進行了全生命周期評估，以光伏組件生產(chǎn)1 kWh的交流電作為功能單位，基于Simapro 8.3和Ecoinvent 3.0數(shù)據(jù)庫進行建模與計算，選擇ReCiPe2016中點（midpoint）和終點（endpoint）指標(biāo)，分析其在其全生命周期中生產(chǎn)階段、安裝階段、使用階段和壽命終止階段等四個階段對各個環(huán)境影響指標(biāo)的貢獻。

常規(guī)p型多晶硅光伏組件的生產(chǎn)階段包括原材料的獲取和加工和產(chǎn)品生產(chǎn)兩個子階段，包含原材料的運輸階段。安裝階段包括產(chǎn)品運輸、產(chǎn)品安裝兩個子階段。使用階段包括產(chǎn)品運行、產(chǎn)品維護、產(chǎn)品維修三個子階段。壽命終止階段包括產(chǎn)品拆解、廢物運輸、廢棄階段三個子階段。

生產(chǎn)階段對其全生命周期的環(huán)境影響貢獻最大，在18項指標(biāo)中有13項指標(biāo)的貢獻比例超過90%。其中，對環(huán)境影響較大的因素有原材料中的硅片、鋁邊框和玻璃，生產(chǎn)階段的電耗，以及安裝階段和壽命終止階段的運輸過程。其中，原材料的影響主要來源于其生產(chǎn)過程中所使用的電力生產(chǎn)，我國的電力生產(chǎn)主要是由硬煤發(fā)電的火電，其發(fā)電過程向空氣排放溫室氣體、二氧化硫、氮氧化物等。鋁邊框的影響主要是鋁土礦消化成紅土的處理（原鋁供應(yīng)鏈），以及非合金鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生的爐渣處理造成向水中排放的六價鉻和向空氣中排放的鉻。

安裝階段與壽命終止階段因包含長距離的運輸，對環(huán)境影響的貢獻不可忽視。使用階段，在正常工況下，對環(huán)境的影響可忽略，只有2項指標(biāo)的貢獻比例超過0.1%。壽命終止階段，目前對于光伏組件無成熟的回收與再利用方案，暫時只用填埋進行建模。

通過計算光伏組件全生命周期的累積能源需求，計算得到常規(guī)p型多晶硅光伏組件的能量回收期。假設(shè)組件安裝在日照充足的青海省，能源回收期為1.26年，其中非再生能源能量回收期為0.94年。這一數(shù)值較2014年技術(shù)水平的2~6年有進一步的下降。

將常規(guī)p型多晶硅光伏組件與我國國家電網(wǎng)發(fā)1kWh交流電進行對比，在18項中點環(huán)境影響類別中，有13項指標(biāo)低于綜合電網(wǎng)的10%。即，總體而言，縱觀光伏組件的生產(chǎn)、安裝、使用和廢棄的全生命周期過程，其造成的環(huán)境影響仍較目前以火電為主的電力結(jié)構(gòu)要小的多，光伏發(fā)電是名副其實的“綠色發(fā)電”。在未來，技術(shù)的改進會使得組件的光電轉(zhuǎn)換效率進一步提升，發(fā)電量的增大可攤薄每kWp光伏組件生產(chǎn)階段的環(huán)境影響，電池效率上升2.52%，各個環(huán)境影響類別的貢獻平均下降10%。