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太陽能經濟持續快速增長，全球已安裝超過半太瓦的裝機容量，產生了清潔電力。但是，光伏（PV）元件在其使用壽命結束時會發生什麼？由於使用壽命以數十年計，光伏廢棄物處理似乎是遙遠的未來才會出現的問題。然而，該行業每年運送數百萬噸的元件，並且隨著行業的增長，這個數字將繼續上升。包括計算機、電視和手機在內的電子垃圾總量每年約為 4500 萬噸。
相比之下，到2050年，光伏廢棄物將是這個數字的兩倍。出於對接觸有毒物質、處理成本增加以及資金不足的地方政府管理的垃圾填埋場超負荷運轉的擔憂，研究人員正在探索基於迴圈經濟概念的全球太陽能廢物管理解決方案。
與此同時，從沙子到稀有貴金屬的一切需求都在持續上升。雖然僅供應全球約 1% 的電力，但光伏發電已經依賴全球 40% 的碲供應、15% 的銀供應、大部分半導體級石英供應，以及少量但重要的銦、鋅、錫和鎵供應。閉合這些金屬的迴圈並擁抱迴圈經濟概念對於該行業的未來至關重要。
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歐洲處於領先地位
在成功的產品報廢管理方面擁有良好記錄的領先政策是生產者責任延伸制 (EPR)。十年前，歐洲光伏製造商開始參與一項名為“PV Cycle”的自願 EPR 系統。2014 年，當該行業受到廢棄電子電器 (WEEE) 指令的約束時，所有制造商都被要求參與 EPR 計劃。自 2009 年以來，PV Cycle 執行的 EPR 計劃已回收了超過 30,000 噸的光伏元件，並且隨著收集中心的建立，推動了二手光伏元件的市場。
在美國，沒有聯邦電子垃圾法規來激勵光伏廢棄物的收集和回收。聯邦法律僅要求對根據《資源保護和回收法》被定義為危險廢物的光伏元件進行特殊管理。一些光伏元件因鉛或鎘而被認為是危險廢物，另一些則根本不被認為是危險廢物。由於無法透過目視檢查來判斷光伏元件是否危險，許多人認為收集所有光伏元件更簡單。
美國的各州正在發揮主導作用。到 2020 年，希望在紐約或華盛頓市場銷售產品的製造商將被要求參與回收和收集或 EPR 計劃。加利福尼亞州的幾個機構最近召集了一個工作組來評估各種方案，包括針對光伏元件和鋰離子電池回收的 EPR，該州擁有一半以上的全國光伏裝機容量。
沒有明確的激勵措施，回收市場正在苦苦掙扎
今天回收光伏元件的主要挑戰是，與收集和回收成本相比，如何找到回收材料的價值。國際可再生能源機構報告稱，到 2050 年，回收材料的價值可能超過 150 億美元（美元）。但是，能夠實現高價值材料回收的具有成本效益的光伏廢棄物收集和回收系統仍然難以實現。光伏廢棄物的大部分價值在於鋁框架和金屬化漿料中的銀。要實現更高價值的光伏回收，需要管理玻璃方面的專業知識。按重量計算，一個元件的 80-90% 是玻璃。
如果未受汙染，回收玻璃可以多次返回到其最高價值形式。今天的挑戰是，由於受到（為了清晰度而新增的）銻以及來自背板和封裝劑的塑膠碎屑的汙染，回收商無法從光伏廢棄物中製造出高質量的玻璃。關於玻璃材料的決策需要回收技術的創新，也需要產品設計師和廢物處理商之間更好的溝通。
市場訊號對於吸引對回收基礎設施的投資至關重要。2008 年，當多晶矽現貨價格在 2000 年代飆升時，SolarWorld 嘗試了回收技術。回收的矽成為其供應價格的對沖。他們證明，僅使用 100% 回收矽原料，回收的矽就能使製造整個光伏元件所需的能源減少 50%。但是，這個試驗工廠從未擴充套件到他們計劃的自動化光伏回收工廠，並且由於該公司難以與新興的光伏製造商競爭而提前關閉。
創新和公共政策是關鍵
回收光伏廢棄物需要材料加工和逆向物流方面的創新。人們已經探索了許多型別的回收工藝，包括批量回收所有型別的光伏廢棄物，以及針對特定光伏技術的特定方法。目前還不清楚回收光伏元件的最佳機制是什麼。如何以最少的駕駛方式最好地收集分散的光伏廢棄物。前進的最佳途徑尚未確定。
自願措施可能會奏效，但可能還遠遠不夠。當它是強制性的時，EPR 最有效，因為它有助於避免搭便車者，即從回收中受益但不為此付費的公司。許多太陽能倡導者對強制性 EPR 持負面看法，認為它會增加該行業的成本，因為它與天然氣競爭。一些製造商已要求制定回收法律以創造公平的競爭環境。
美國國家標準學會/美國國家標準協會制定了一項可持續發展領導標準，該標準獎勵參與不以客戶資金為基礎的回收和收集計劃的公司。First Solar 擁有能夠回收 95% 半導體材料和幾乎所有碲的回收設施。這有助於他們滿足關於鎘含量的監管要求，並保證將其排除在垃圾填埋場之外，同時作為對投資者對沖碲供應和價格波動的手段。
所有這些趨勢都表明需要更環保的產品設計和供應鏈責任，以確保可持續性。太陽能對於應對氣候變化和能源貧困至關重要。迫切需要採用迴圈經濟方法進行光伏廢棄物和材料回收，以支援這些作用。