多晶硅-光伏系统全生命周期碳排放研究

摘要

本文研究了多晶硅-光伏系统主要生产环节的碳排放，从改良西门子法生产多晶硅开始到电池组件生产结束。先以200吨多晶硅、1000吨多晶硅碇和5700万片多晶硅片以及280MW高效太阳能电池和光伏组件生产项目为案例，对多晶硅产业链上多晶硅生产、硅碇生产、多晶硅片生产、太阳能电池和光伏组件生产等主要环节直接和间接碳排放进行分析，得到在案例生产规模条件下碳排放数值，以及此规模下1MW多晶硅-光伏系统的碳排放数值；接着对照《多晶硅行业准入条件》对生产规模的要求，校正计算得到年产3000吨太阳能级多晶硅，生产工艺为改良西门子法的多晶硅-光伏系统主要生产环节的碳排放数值，以及此规模下的1MW多晶硅-光伏系统的碳排放数值及其1kW发电量的碳排放量；将以上计算结果与火力发电比较，得出其碳减排能力、碳回收期以及影响碳回收期的相关因素。结论如下：
　　 (1)多晶硅-光伏系统产业链由工业硅、多晶硅料、多晶硅碇、多晶硅片、多晶硅电池片、多晶硅光伏组件、光伏系统平衡组件等生产环节组成；多晶硅-光伏系统产生碳排放的环节包括：消耗能源产生的碳排放、消耗资源产生的碳排放、厂房建设产生的碳排放、设备生产产生的碳排放、运输过程产生的碳排放、处理废弃物产生的碳排放。
　　 (2)本文计算的案例中，全生命周期的碳排放量为752859.4吨，其中因消耗能源产生的碳排放量为538912吨，因消耗资源产生的碳排放量为173316吨，厂房建设产生的碳排放量为36833吨，设备生产产生的碳排放量为3623.5吨，处理废弃物、废水产生的碳排放量为174.9吨，分别占总碳排放量的71.58％、23.02％、4.89％、0.49％、0.02％。此规模下，1MW多晶硅-光伏系统全生命周期的碳排放量为2688.78吨。
　　 在由消耗能源产生的碳排放量中，多晶硅生产过程中消耗能源产生的碳排放量最大，占总碳排放量的91％；多晶铸锭和切片生产过程中消耗能源产生的碳排放量占总碳排放量的3.1％，多晶硅太阳能电池及光伏组件生产过程中消耗能源产生的碳排放量占总碳排放量的5.9％。
　　 (3)根据《多晶硅行业准入条件》，计算得到修正后的多晶硅-光伏系统全生命周期的碳排放量为1130202.47吨，其中因消耗能源产生的碳排放量为416135吨，因消耗资源产生的碳排放量为429567吨，厂房建设产生的碳排放量为277984吨，设备生产产生的碳排放量为6258.6吨，处理废弃物、废水产生的碳排放量为230.87吨，分别占总碳排放量的36.82％、38.01％、24.60％、0.55％、0.02％。对应的1MW多晶硅-光伏系统的碳排放为3054.6吨。
　　 (4)相对火力发电，以最佳倾角安装在常州朝南方向的1kW屋顶并网光伏系统的年发电量为2288kWh，年减排能力为：1418.56-3054.6/N。结果显示太阳能资源对碳回收期影响较显著，拉萨为1.7年，常州为2.1年，成都为4.7年，安装角度对碳回收期也有影响。