硅基光伏系统未来全球部署的一次和二次材料流

IEA PVPS TCP 是国际能源署（IEA）下属的一项合作计划，旨在加强国际合作，促进光伏太阳能作为可持续能源系统转型基石的作用。IEA PVPS TCP 第 12 工作任务（任务12）的目标是促进光伏技术可持续性方面的国际合作与知识共享，强调环境和社会因素。

任务12的主要目标包括：

• 量化光伏电力的环境特征，以提升供应链可持续性，并实现与其他能源技术的比较。
• 通过创新分析、立法追踪和技术标准制定，提升光伏技术和材料的循环利用。
• 研究光伏系统部署与其环境及生态系统影响之间的协同效应。
• 识别并应对光伏市场增长所面临的实际和感知的社会及社会经济挑战。
• 向技术专家、政策制定者和社会公众分享分析成果。

研究方法：

• 本研究采用动态物料流分析（dMFA）模型，用于估算未来基于硅的太阳能光伏（PV）系统相关原材料需求、二次供应和在使用中的库存。
• 部署情景涵盖到2050年全球安装的基于硅的PV装机容量从29太瓦峰（TWp）到75 TWp。
• 分析重点关注九种关键元素：铝、铜、铟、铅、硅、银、金、锡和锌。

主要发现：

• 预计到2050年，全球硅基光伏行业将在2025年至2050年期间累计消耗1.45亿至2.8亿吨的铜，主要需求来自电缆和逆变器。
• 预计2025年至2050年期间累计铝需求将在5.1亿至11亿吨之间，主要受安装结构的材料强度驱动。
• 预计2025年至2050年期间累计硅需求将在6000万至1.2亿吨的太阳能级硅之间，晶圆切片过程中存在显著的切片损失。
• 预计2025年至2050年期间累计银需求将在10万至20万吨之间，强烈依赖于未来铜金属化和银浆载量的市场份额。
• 预计2025年至2050年期间累计铟需求将在6万至16万吨之间，强烈依赖于基于ITO技术的未来市场份额。

关键材料需求及潜在瓶颈：

• 铜是未来行业需求在初级供应方面具有最大潜在瓶颈的材料，预计2040年代中期铜需求将达到每年700万至150万吨的峰值。
• 银的需求强烈依赖于未来铜金属化和银浆载量的市场份额。
• 铟的需求强烈依赖于基于ITO技术的未来市场份额，预计到2040年代中期铟的需求将超过最新的全球储量和资源估计量。
• 锡的需求主要来自焊料合金，可能达到2024年报告的全球锡（Sn）储量估计的30万%-64万%。

回收前景：

• 从2025年到2050年，来自退役光伏系统的材料质量预计将占同期这些材料总需求的15-20%。
• 铟和银的回收潜力较大，到2050年，超过90%的累积铟需求将仍存在于使用中的库存中，而废料流仅贡献剩余部分。未来基于硅的太阳能电池板废料中的总银质量，可能在2025年至2050年间满足30-45 wt%的累积需求。

资源利用影响：

• 根据ADP方法，金（Au）成为ADP UR影响的最大贡献者，其次是铜（Cu）和银（Ag）。
• 根据ESSENZ方法，铟是光伏行业总关键性影响的最大贡献者，其次是锡（Sn）和银（Ag）。

结论：

• 未来光伏部署的增长将增加制造和部署所需原材料的需求数量，对铜、铝、硅、银和铟等关键材料构成潜在限制。
• 政策制定者在支持光伏部署时应考虑材料效率改进和材料替代策略，并将这些与国内生产和加工的激励措施相结合。
• 需要进一步研究以更好地理解经济驱动因素和更换行为对在用库存、流入和流出预测的影响。
• 需要更详细地考察产品生命周期结束阶段的策略，包括再利用和再制造，以及它们对原材料需求的影响。
• 需要明确模拟未来光伏安装的区域分布，以估计产品生命周期结束阶段的废物流如何分布在各国和地区。