日本光電產業資源循環技術近程發展

 

刊登日期:2018/11/5
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近年來傳統發電的原物料來源逐漸短缺,同時由於發電過程中對環境產生的不良影響,甚至排放殘餘廢料造成汙染(包含最高端的核能發電)等問題,世界各國無不著手專注開發「綠能發電—Natural Energy」,期能發展出取用於大自然的既有能量來供發電使用。綠能發電除了不浪費資源,更有助於大自然環境中的有價物質循環再利用,在此永續趨勢下,遂開創出太陽光發電、風力(含離岸)發電、水力(含海水漲退潮汐)發電、生質能發電、地熱發電等近代興起的能源產業。

本文將從以下大綱,與讀者分享日本光電產業資源循環技術近程的發展。
‧日本設立「太陽光電」專屬機構的緣起
‧太陽光發電模組的循環再生
 1. 太陽光電模組結構
 2. 廢太陽光電模組排出量
 3. 太陽光電模組中金屬含有量與溶出量
 4. 太陽光發電設備的回收處理
‧太陽光發電模組有效利用及再資源化
 1. R2 Solution
 2. PV Techno Cycle股份有限公司
 3. 新菱股份有限公司
 4. ハリタ(HARITA)金屬株式會社
‧結論(今後課題)

【內文精選】
日本設立「太陽光電」專屬機構的緣起
為解決能源、地球環境問題,日本設立專屬機構,定名為「NEDO」。如前言所述,其為歸屬於國家級別的機構,統籌全國所有必要的能源推進之主管單位,網羅研究機構專家,先就現有的能源分布狀況掌握分析,展現為未來的構思,如表一以及圖一、圖二所示,再規劃未來10年、20年以後的需求。

由表一得知,日本在「綠能發電」整體發展上專注的持續成長中;而在圖二的電能源結構中,可以看出「太陽光」發電所占的比例是大於風力發電的。另外,基於「綠能源」因素,官方學者們致力研發成功,讓產業得以大幅降低成本,可以加大更多的投資比例在太陽光發電上。太陽光發電與風力發電的成本比較如圖三。日本在新能源上的選擇考量如圖四所示。

太陽光發電模組的循環再生
由初期發展的薄膜系-非晶系,其光電效率在6~7%以及化合物系的8~10%,一直到現在的結晶系,單結晶在15~17%、多結晶在13~15%狀況下,為常用型態,已經有80%以上的市占率。更因近年來各國都致力投入研究光電效率的提升方案,目前以「鈣鈦+矽」有最良好的光電轉換效率,現在實驗已經可以達到27%,甚至在不易取得的原物料上,或者難以回收再利用的用料上,也做了代替品的研發。
2. 廢太陽光電模組排出量
日本廢太陽光電模組排出量預估如圖六。依環境省調查,2017年9月底為止,累計約42 GW、420萬噸的太陽電池模組;每年約有4,400噸排出廢棄,其中約3,400噸再利用(Reuse)、約1,000噸回收(Recycle)及最終處置,造成很大的商機。2030年的能源結構預計導入64 GW,2030年代後半每年約有50~80萬噸的廢太陽電池模組排出,其後每年也有約30~40萬噸經常性地排出。而設計施工不良及災害、故障、更換等,會比原有製品壽命更為提前排出。

圖六、日本廢太陽光電模組排出量預估
圖六、日本廢太陽光電模組排出量預估

若台灣預計在2025年要求達到20 GW的太陽光發電量,依現有的光電轉換率及模組結構,則將有20 GW = 200億W,等於有180~200萬噸的需求量以及在20年後的排出量。

太陽光發電模組有效利用及再資源化
如圖八,日本在再生能源的政策目標為「3E+S」,即「能源安定」、「經濟效率」、「適合的環境」,再加上「安全性」的基礎活用下,建構可用的再生能源。本節將透過R2 Solution、PV Techno Cycle、新菱、HARITA四個實例,來看日本如何進行太陽光發電模組有效利用及再資源化。
2. PV Techno Cycle股份有限公司
由NPC股份有限公司和濱田股份有限公司共同出資,專門從事太陽能光電板的再利用、回收的合資公司,位於東京都大田區京濱島。其對廢太陽面板的處理流程與解體工程示意如圖十、圖十一。2018年7月為止處理實績為:再利用太陽能光電板31,783枚,回收太陽能光電板4,887枚。主要是將排出的太陽能光電板先做檢查、評價、分類,讓可以再使用的模組得以檢測修復(Repair)再使用(Reuse),改變以往的先破碎再分類作法,可將物質完全有效使用,包含玻璃不做破碎再使用...…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

圖十、PV Techno Cycle公司處理流程
圖十、PV Techno Cycle公司處理流程

作者:郭春煌/臺灣稀土及稀有資源應用產業聯盟
★本文節錄自「工業材料雜誌」383期,更多資料請見下方附檔。


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