隨著中國(guó)光伏裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大及項(xiàng)目技改的推進(jìn)，我國(guó)退役光伏的市場(chǎng)或?qū)⒏缫哺笠?guī)模到來。然而，現(xiàn)有一些國(guó)內(nèi)外預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足市場(chǎng)的快速變化。為了給行業(yè)提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)參考，中國(guó)綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟光伏專委會(huì)光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心自2022年便組織會(huì)員單位開展中國(guó)光伏退役規(guī)模預(yù)測(cè)工作，經(jīng)過組內(nèi)多次討論、研究及和國(guó)際能源署國(guó)際工作組開展聯(lián)合研究、比對(duì)，最終完成整套預(yù)測(cè)模型、方法及預(yù)測(cè)成果。中國(guó)綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟光伏專委會(huì)光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心在2023第六屆中國(guó)國(guó)際光伏產(chǎn)業(yè)大會(huì)之光伏無廢供應(yīng)鏈和回收循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)大會(huì)上首次向全行業(yè)公布“典型氣候特征下的光伏回收市場(chǎng)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)”。
項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要分為三個(gè)方面，首先是國(guó)內(nèi)光伏裝機(jī)數(shù)據(jù)收集和預(yù)測(cè)。在數(shù)據(jù)收集方面，項(xiàng)目組通過統(tǒng)計(jì)國(guó)家能源局、國(guó)家電網(wǎng)、國(guó)家可再生能源中心等官方網(wǎng)站和報(bào)告，搜集了2000年到2022年的全國(guó)年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)及2013-2022年各省份的年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)方面，項(xiàng)目把2023年到2050年拆分為短期和長(zhǎng)期兩個(gè)預(yù)測(cè)階段，其中短期（2023-2030）主要通過搜集國(guó)家及各個(gè)省份“十四五”期間已發(fā)布的裝機(jī)規(guī)劃目標(biāo)；長(zhǎng)期（2030-2050）根據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源所最新研究成果2050年裝機(jī)目標(biāo)（4000GW），再根據(jù)增量確定年增長(zhǎng)率從而計(jì)算每年的新增裝機(jī)量。
項(xiàng)目第二個(gè)重點(diǎn)工作是光伏組件壽命分布函數(shù)的選擇和參數(shù)的確定。本項(xiàng)目中采用雙參數(shù)的威布爾分布作為光伏組件的壽命分布函數(shù)。函數(shù)的表達(dá)式如下：
α：尺度參數(shù)，特征壽命（考慮不同的氣候區(qū)，組件的特征壽命不同）
β：形狀參數(shù)（控制函數(shù)的形狀，不同預(yù)測(cè)場(chǎng)景下函數(shù)形狀不同）
t：自變量，組件失效時(shí)間（ｔ取自然數(shù)）
f（t）：組件在壽命為t時(shí)間下失效概率
尺度參數(shù)方面，項(xiàng)目組考慮了不同氣候區(qū)對(duì)組件功率衰減的影響。根據(jù)國(guó)家在2018年發(fā)布《環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 溫度和濕度》（GB/T 4797.1-2018）的氣候標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)戶外溫度和濕度兩個(gè)指標(biāo)，全國(guó)被劃分為干熱、暖溫、寒溫、亞濕熱、濕熱等多個(gè)氣候區(qū)。項(xiàng)目組根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)材料，研究了光伏組件在寒溫區(qū)和亞濕熱區(qū)的組件功率衰減情況，并根據(jù)《晶體硅光伏組件報(bào)廢指南》，提出組件功率衰減至初始功率的80%即可以報(bào)廢的假設(shè)，最終計(jì)算得到組件在以上兩個(gè)氣候區(qū)特征壽命為α1=26.14、α2=20.84。對(duì)于其他未有實(shí)證數(shù)據(jù)的氣候區(qū)，暫歸為其他氣候區(qū)并按照25年質(zhì)保壽命給定參數(shù)值。
同時(shí)，項(xiàng)目對(duì)氣候條件相似的氣候區(qū)進(jìn)行合并，并假定相同的特征壽命。其中寒溫Ⅰ、Ⅱ合并為寒溫區(qū)，主要包括西藏、青海等省（區(qū)）；濕熱、亞濕熱合并為濕熱區(qū)，主要包括海南、云南等省份；干熱、暖溫、寒冷等暫合并為其他氣候區(qū)，主要包括河南、河北等省份。
項(xiàng)目組通過對(duì)近10年全國(guó)各個(gè)省份裝機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，以上氣候區(qū)的年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)占全國(guó)年新增裝機(jī)比例具有一定的穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，比值分別為寒溫區(qū)0.16、濕熱區(qū)0.45、其他氣候區(qū)0.39。由此可以計(jì)算其余不同年份的氣候區(qū)裝機(jī)數(shù)據(jù)，從而利用退役模型對(duì)不同氣候區(qū)退役量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
形狀參數(shù)方面，項(xiàng)目組參考了國(guó)際能源署對(duì)光伏組件退役場(chǎng)景的假設(shè)，將組件報(bào)廢分為常規(guī)退役（regular loss）和提早退役（early loss）兩條路徑。其中，常規(guī)退役主要考慮組件初期安裝合格、運(yùn)維良好等，組件失效為正常運(yùn)營(yíng)后的技術(shù)失效，符合正常失效規(guī)律；提早退役主要考慮組件安裝不合格、規(guī)劃不良等原因，光伏組件從安裝開始便出現(xiàn)退化和失效。兩條路徑下都充分考慮到組件在安裝、運(yùn)行及壽命終結(jié)時(shí)組件的退役情況。得到參數(shù)值分別為β1 =5.3759、β2 =2.4928。項(xiàng)目在此基礎(chǔ)上還考慮了組件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報(bào)廢率，通過對(duì)光伏回收企業(yè)的走訪調(diào)研，考慮了萬分之五的生產(chǎn)報(bào)廢率，這與光伏回收中心之前對(duì)企業(yè)調(diào)研的成果保持了一致性。
通過以上分析，可以得到不同氣候區(qū)下的3組威布爾分布函數(shù)：
最后是退役量的計(jì)算。對(duì)于退役量的計(jì)算，項(xiàng)目組采用了市場(chǎng)供給A模型，模型表達(dá)式及參數(shù)意義如下所示：
通過以上分布函數(shù)求得的壽命分布概率值，再結(jié)合不同氣候區(qū)下裝機(jī)預(yù)測(cè)，帶入市場(chǎng)供給A模型，可以求得不同氣候區(qū)下的退役規(guī)模，最后對(duì)不同氣候區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，就可以求得我國(guó)不同年份下的退役規(guī)模。在組件功率和質(zhì)量的轉(zhuǎn)換方面，項(xiàng)目組參考了國(guó)際能源署的研究成果，提出以下近似假設(shè)：
2000-2010：100噸/MW
2010-2020：80噸/MW
2020-2050：50噸/MW
最終通過以上計(jì)算，可以得到中國(guó)在常規(guī)退役的情景下，2030年、2040年及2050年光伏累計(jì)退役量將達(dá)100萬噸、1200萬噸、5500萬噸；提早退役情景下，將分別達(dá)400萬噸、2300萬噸及6600萬噸。
圖為中國(guó)光伏退役規(guī)模預(yù)測(cè)（來自光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心）
從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于國(guó)際能源署在2016年對(duì)中國(guó)退役量提早退役的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，主要原因有以下兩個(gè)方面：本項(xiàng)目通過氣候區(qū)實(shí)證功率衰減數(shù)據(jù)，并結(jié)合功率衰減20%判廢的依據(jù)，得到的特征壽命值為26.18年、20.08年及25年，比國(guó)際能源署假定的30年要低，理論壽命有不同程度的縮短；根據(jù)國(guó)內(nèi)發(fā)布的對(duì)光伏高比例裝機(jī)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得到中國(guó)在2050年的累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)4000GW，這一數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)超2016年國(guó)際能源署對(duì)中國(guó)光伏裝機(jī)規(guī)模350GW的預(yù)測(cè)。
本項(xiàng)目對(duì)于模型研究還有更多細(xì)化工作，光伏回收中心將動(dòng)態(tài)可持續(xù)研究下去，對(duì)預(yù)測(cè)模型和數(shù)據(jù)不斷完善和補(bǔ)充。本項(xiàng)目從2022年立項(xiàng)以來，得到眾多專家、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)鼎力支持。項(xiàng)目組對(duì)國(guó)家電網(wǎng)、水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院、國(guó)家發(fā)改委能源研究所、中科院電工研究所、國(guó)家電投集團(tuán)黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司、隆基綠能科技股份有限公司、中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司、晶科能源股份有限公司、天合光能股份有限公司、英利集團(tuán)（零碳研究院）、永臻科技股份有限公司、德凱質(zhì)量認(rèn)證（上海）有限公司、常州瑞賽環(huán)保科技有限公司、安徽融樾科技有限公司、河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、山東大學(xué)“利廢拾光”團(tuán)隊(duì)等單位的參與和支持表示感謝。
項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要分為三個(gè)方面，首先是國(guó)內(nèi)光伏裝機(jī)數(shù)據(jù)收集和預(yù)測(cè)。在數(shù)據(jù)收集方面，項(xiàng)目組通過統(tǒng)計(jì)國(guó)家能源局、國(guó)家電網(wǎng)、國(guó)家可再生能源中心等官方網(wǎng)站和報(bào)告，搜集了2000年到2022年的全國(guó)年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)及2013-2022年各省份的年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)方面，項(xiàng)目把2023年到2050年拆分為短期和長(zhǎng)期兩個(gè)預(yù)測(cè)階段，其中短期（2023-2030）主要通過搜集國(guó)家及各個(gè)省份“十四五”期間已發(fā)布的裝機(jī)規(guī)劃目標(biāo)；長(zhǎng)期（2030-2050）根據(jù)國(guó)家發(fā)改委能源所最新研究成果2050年裝機(jī)目標(biāo)（4000GW），再根據(jù)增量確定年增長(zhǎng)率從而計(jì)算每年的新增裝機(jī)量。
項(xiàng)目第二個(gè)重點(diǎn)工作是光伏組件壽命分布函數(shù)的選擇和參數(shù)的確定。本項(xiàng)目中采用雙參數(shù)的威布爾分布作為光伏組件的壽命分布函數(shù)。函數(shù)的表達(dá)式如下：
α：尺度參數(shù)，特征壽命（考慮不同的氣候區(qū)，組件的特征壽命不同）
β：形狀參數(shù)（控制函數(shù)的形狀，不同預(yù)測(cè)場(chǎng)景下函數(shù)形狀不同）
t：自變量，組件失效時(shí)間（ｔ取自然數(shù)）
f（t）：組件在壽命為t時(shí)間下失效概率
尺度參數(shù)方面，項(xiàng)目組考慮了不同氣候區(qū)對(duì)組件功率衰減的影響。根據(jù)國(guó)家在2018年發(fā)布《環(huán)境條件分類 自然環(huán)境條件 溫度和濕度》（GB/T 4797.1-2018）的氣候標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)戶外溫度和濕度兩個(gè)指標(biāo)，全國(guó)被劃分為干熱、暖溫、寒溫、亞濕熱、濕熱等多個(gè)氣候區(qū)。項(xiàng)目組根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)材料，研究了光伏組件在寒溫區(qū)和亞濕熱區(qū)的組件功率衰減情況，并根據(jù)《晶體硅光伏組件報(bào)廢指南》，提出組件功率衰減至初始功率的80%即可以報(bào)廢的假設(shè)，最終計(jì)算得到組件在以上兩個(gè)氣候區(qū)特征壽命為α1=26.14、α2=20.84。對(duì)于其他未有實(shí)證數(shù)據(jù)的氣候區(qū)，暫歸為其他氣候區(qū)并按照25年質(zhì)保壽命給定參數(shù)值。
同時(shí)，項(xiàng)目對(duì)氣候條件相似的氣候區(qū)進(jìn)行合并，并假定相同的特征壽命。其中寒溫Ⅰ、Ⅱ合并為寒溫區(qū)，主要包括西藏、青海等省（區(qū)）；濕熱、亞濕熱合并為濕熱區(qū)，主要包括海南、云南等省份；干熱、暖溫、寒冷等暫合并為其他氣候區(qū)，主要包括河南、河北等省份。
項(xiàng)目組通過對(duì)近10年全國(guó)各個(gè)省份裝機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，以上氣候區(qū)的年新增裝機(jī)數(shù)據(jù)占全國(guó)年新增裝機(jī)比例具有一定的穩(wěn)定性。經(jīng)計(jì)算，比值分別為寒溫區(qū)0.16、濕熱區(qū)0.45、其他氣候區(qū)0.39。由此可以計(jì)算其余不同年份的氣候區(qū)裝機(jī)數(shù)據(jù)，從而利用退役模型對(duì)不同氣候區(qū)退役量進(jìn)行預(yù)測(cè)。
形狀參數(shù)方面，項(xiàng)目組參考了國(guó)際能源署對(duì)光伏組件退役場(chǎng)景的假設(shè)，將組件報(bào)廢分為常規(guī)退役（regular loss）和提早退役（early loss）兩條路徑。其中，常規(guī)退役主要考慮組件初期安裝合格、運(yùn)維良好等，組件失效為正常運(yùn)營(yíng)后的技術(shù)失效，符合正常失效規(guī)律；提早退役主要考慮組件安裝不合格、規(guī)劃不良等原因，光伏組件從安裝開始便出現(xiàn)退化和失效。兩條路徑下都充分考慮到組件在安裝、運(yùn)行及壽命終結(jié)時(shí)組件的退役情況。得到參數(shù)值分別為β1 =5.3759、β2 =2.4928。項(xiàng)目在此基礎(chǔ)上還考慮了組件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報(bào)廢率，通過對(duì)光伏回收企業(yè)的走訪調(diào)研，考慮了萬分之五的生產(chǎn)報(bào)廢率，這與光伏回收中心之前對(duì)企業(yè)調(diào)研的成果保持了一致性。
通過以上分析，可以得到不同氣候區(qū)下的3組威布爾分布函數(shù)：
最后是退役量的計(jì)算。對(duì)于退役量的計(jì)算，項(xiàng)目組采用了市場(chǎng)供給A模型，模型表達(dá)式及參數(shù)意義如下所示：
通過以上分布函數(shù)求得的壽命分布概率值，再結(jié)合不同氣候區(qū)下裝機(jī)預(yù)測(cè)，帶入市場(chǎng)供給A模型，可以求得不同氣候區(qū)下的退役規(guī)模，最后對(duì)不同氣候區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，就可以求得我國(guó)不同年份下的退役規(guī)模。在組件功率和質(zhì)量的轉(zhuǎn)換方面，項(xiàng)目組參考了國(guó)際能源署的研究成果，提出以下近似假設(shè)：
2000-2010：100噸/MW
2010-2020：80噸/MW
2020-2050：50噸/MW
最終通過以上計(jì)算，可以得到中國(guó)在常規(guī)退役的情景下，2030年、2040年及2050年光伏累計(jì)退役量將達(dá)100萬噸、1200萬噸、5500萬噸；提早退役情景下，將分別達(dá)400萬噸、2300萬噸及6600萬噸。
圖為中國(guó)光伏退役規(guī)模預(yù)測(cè)（來自光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心）
從結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于國(guó)際能源署在2016年對(duì)中國(guó)退役量提早退役的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，主要原因有以下兩個(gè)方面：本項(xiàng)目通過氣候區(qū)實(shí)證功率衰減數(shù)據(jù)，并結(jié)合功率衰減20%判廢的依據(jù)，得到的特征壽命值為26.18年、20.08年及25年，比國(guó)際能源署假定的30年要低，理論壽命有不同程度的縮短；根據(jù)國(guó)內(nèi)發(fā)布的對(duì)光伏高比例裝機(jī)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，得到中國(guó)在2050年的累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)4000GW，這一數(shù)值已經(jīng)遠(yuǎn)超2016年國(guó)際能源署對(duì)中國(guó)光伏裝機(jī)規(guī)模350GW的預(yù)測(cè)。
本項(xiàng)目對(duì)于模型研究還有更多細(xì)化工作，光伏回收中心將動(dòng)態(tài)可持續(xù)研究下去，對(duì)預(yù)測(cè)模型和數(shù)據(jù)不斷完善和補(bǔ)充。本項(xiàng)目從2022年立項(xiàng)以來，得到眾多專家、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)鼎力支持。項(xiàng)目組對(duì)國(guó)家電網(wǎng)、水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院、國(guó)家發(fā)改委能源研究所、中科院電工研究所、國(guó)家電投集團(tuán)黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司、隆基綠能科技股份有限公司、中國(guó)國(guó)檢測(cè)試控股集團(tuán)股份有限公司、晶科能源股份有限公司、天合光能股份有限公司、英利集團(tuán)（零碳研究院）、永臻科技股份有限公司、德凱質(zhì)量認(rèn)證（上海）有限公司、常州瑞賽環(huán)保科技有限公司、安徽融樾科技有限公司、河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、山東大學(xué)“利廢拾光”團(tuán)隊(duì)等單位的參與和支持表示感謝。
