PDF《中国国情境下 CdTe 光伏的全周期镉排放分析》

《中国国情境下 CdTe 光伏的全周期镉排放分析》 刘向鑫 中国国情境下 CdTe 光伏的全周期镉排放分析 Life-Cycle Cd Emission Analysis of CdTe PV in China'

s National Condition 刘向鑫 中国科学院院电工研究所,北京 100190;

作者简介:刘向鑫(1977-),研究员, 百人计划 学者,主要从事 CdTe 薄膜太阳能电池器件制备及其性 能、薄膜电池的可持续性发展、Te 战略资源的供应及储备、II-VI 器件的研究;

摘要:本文对碲化镉薄膜太阳能电池在中国生产和使用的全周期镉环境排放进行了讨论.

最终分析发现,其总排放率只有 中国传统电网发电的 1/17 不到,而其中比例最大的正是由于使用电网电力造成的间接排放,另外回收环节的排放 量弹性很大.总体上,在中国生产和应用碲化镉薄膜光伏技术产生的环境效益比在美国更大. Abstract:This paper has discussed the life-cycle Cd environmental emission of CdTe thin film photovoltaic while produced and operated in China. The analysis indicated that the whole emission of CdTe PV is less than one-seventeenth of the one of China conventional grid electricity, in which the largest portion is the indirect Cd emission due to electricity usage from the grid. We also found that the emission due to module recycling has a wide range. In general, the environmental advantage of CdTe utilization in China is found greater than in USA. 关键词:碲化镉;

光伏;

镉排放;

全周期分析. Keyword:CdTe;

photovoltaic;

Cd emission;

life-cycle analysis. 引言 虽然碲化镉薄膜太阳能电池的生产规模和应用在 欧美国家在进几年得到蓬勃发展,但是由于其中使 用了镉这种毒性元素,在中国光伏界一直对其存在 疑虑.国外的Vasilis[1] 曾详细的讨论过碲化镉电池的 全周期镉排放,并得出结论 0.3 g/GWh的排放率,而 其中生产使用中引起的直接排放率占了不到 1/1 本文除摘要介绍Vasilis的关键数据,也考虑了碲原料 的生产、光伏组件生产线直接测量结果和回收环节 的数据.同时我们结合了该技术近期发展的现状和 趋势,以及中国国情(比如酸雨对破碎组件的影响和 煤电占电网发电比例),力求客观地阐述这种光伏技 术在中国生产和使用将引起的镉排放率. 0. 1. 镉和碲的生产过程 太阳能级碲化镉(CdTe)是由高纯(99.999%)碲Te 和镉 Te 化合得到的.两者皆是其它金属冶炼的副产 品,譬如锌、铅、铜和金.镉Cd 主要是锌 Zn 和铅 Pb 的冶金副产品,而碲主要是从铜 Cu 精炼过程产生 的阳极泥得到.镉Cd 目前的主要用途(~75%)是在镉 镍充电电池中,碲Te 的主要用途是冶金添加剂和半 导体制冷用热电材料.但是在薄膜碲化镉太阳能电 池板中的使用正在迅速增加. 1.1中国生产的现状 1.1.1 镉的物理化学特性和使用 镉是银白色或铅灰色软质金属,密度 8.642 g/cm3 .熔点

321 ° C,沸点 765° C(表格 4).单质镉 Cd是一种肺部致癌物物质.人类长期暴露在其中, 可能对肾、肝和骨骼产生不利影响.被镉污染的空 气和食物对人体危害严重,日本曾因镉中毒出现 痛 痛病 .自然界中的主要存在形态是硫镉矿.由于镉 具有与锌相似的化学特性,因而常小量出现在闪锌 矿中.一般锌矿石中的锌镉比例是 200:1 到400:1. 因此镉主要是锌矿冶炼的副产品. 根据USGS(美国地质调查局)的数据[2] ,全球精 炼镉a 的总年产量上世纪二十年代开始逐年增加直到 八十年代,稳定在 20,000 吨的水平直到现在(