2010/06/05
經濟部能源局
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▓撰文：翁鳳英
傳統油源日漸枯竭，地球溫室效應所帶來的影響愈演愈烈，因應而起的再生能源產業成為可能拯救地球與振興經濟的方法，因此再生能源產業發展動態成為大家注目的焦點。以蓬勃發展的太陽能產業來看，德國研發使用太陽能電池（Photovoltaik-Module）已超過20年，且德國去（2009）年的太陽能裝置容量達3GW，產電量更由2008年的4.4TWh增加至2009年的6.2TWh，發展迅速。
隨著全球太陽能產業的迅速成長，原物料的需求也隨之升高，太陽能電池中重要的組成物件如：矽、鋅、鉛、銅、銀等，若能透過技術加以回收再利用，不僅能降低產業成本，也可節省開發珍貴的礦藏，對於企業與地球而言都是一項利多。太陽能電池的開發與研究始於大約25年前，對於太陽能產業而言，由於太陽能電池使用壽命一般來講相對較長，因此在太陽能電池剛萌芽時，產業間並未思考回收的範疇。然而隨著時間流逝，過去幾年中已有第一批太陽能電池相繼到達除役階段，預計到2015年，將會有為數相當可觀的太陽能電池面臨淘汰的問題，屆時太陽能電池回收將成為重要的環保課題。
回收先驅試驗計畫
為正視未來物料短缺的問題，並為回收太陽能電池做好準備，德國環境保護部（Bundesumweltministerium）已在2002年結合德國太陽能公司（Deutschen Solar AG）與在佛來堡（Freiburg）的TU Bergakademie研究中心成立一項研究計畫，主要任務在於研發出環保且具經濟效益的太陽能電池回收方法，希望透過現代科技，不僅能回收除役的太陽能電池，也能再利用製造過程中所產生的廢料和破損的太陽能電池，形成一個良性的資源循環鏈。
太陽能電池基本組成物件
根據德國PV RECYCLE研究報告，太陽能電池主要可分為兩大類：一為結晶狀矽太陽能電池，二為非結晶狀矽太陽能電池。它們的主要組成物質就是玻璃（二氧化矽）、鋁、矽、聚合體、鋅和鉛等，非結晶狀矽太陽能電池含矽量可高達90％，結晶狀矽太陽能電池的矽含量大約為3％。
現階段待回收的9成太陽能電池為結晶狀矽太陽能電池，其他10％的太陽能電池則包括薄膜太陽能電池在內的非結晶狀矽太陽能電池，且薄膜太陽能電池的回收有可能在2020年達到所有太陽能電池回收數量的20％。隨著科技的日新月異，至2020年時，有可能太陽能電池本身即以有機材料製成，因此所形成的除役太陽能電池就沒有所謂回收的問題存在，但目前這些想法仍停留在試驗階段。雖然太陽能電池回收仍屬於試驗階段，尚未成熟，但2008年整個歐盟即有3,800噸的廢太陽能電池等待回收處理，至2030年預計將達到130,000噸，因此龐大的除役太陽能電池必須採以必要的回收方法。
永續回收效益原則
對廠商而言，如果不能將回收的太陽能電池再加以利用，而只是單純的汰舊回收與換取費用，並沒有實質意義。太陽能電池回收的效益主要在於，回收之後所拆下取得的物件能重新使用，不必再購進新貨，或者更理想的是，若技術層次許可的話，能將所有零件分離至原物料的階段，將是最符合回收成本效益的原則。例如回收獲得純矽，之後再熔鑄成多結晶粒的澆鑄塊，而形成最後需要的晶圓。由此做起，比起由石英礦砂中提煉矽的高昂成本要顯得實惠。
原本所採定的回收目標是希望取得完好的電池再利用，但目前此一想法已被揚棄，原因在於現今的太陽能電池非常薄（小於180μm），且容易於運送與建置時受損，因此回收整顆電池已不具商業意義。
回收技術
不同的回收技術決定太陽能電池的環保回收效益，以捻碎撕裂與燃燒方式所進行的回收，則取得銅與玻璃的回收率低，成品再利用的可能性也低，因此即便回收成本低廉，因為回收效益不良而不受到重視。
在先前所提到的研究計畫為架構之前提下，經過2002至2005年的試驗研究後，在佛來堡成立了一個示範式的太陽能電池回收中心。實際運作原則在於，以符合環保條件與經濟效益，回收處理太陽能電池內的矽，因為矽為製造太陽能電池重要的物件之一，雖然回收程序複雜，但由於回收的矽可以直接再使用，而使得回收深具環保與經濟效益。除此之外，也著重於避免因採燒灼技術而產生對環保有害的有毒物質，並降低因回收其他物件的成本。
該回收中心執行的回收程序主要可分為兩種：一是以人工方式回收，生產力效率較低，成本高，回收率不盡理想；二是利用自動化機械回收則可達較高生產力，回收率高成本低，以下分別說明。
一、人工回收
在2002年開始運作的全世界首座太陽能電池回收廠，可回收不同廠商以不同技術所製造出的太陽能電池，其中還包括產自德國與比利時兩國的第一批太陽能電池。該回收程序大致上可分為兩個，首先是將太陽能電池分門別類為單結晶矽、多結晶矽和非結晶矽，再依以下兩個步驟進一步拆開電池中的組件：一、利用電熱法將電池中的塑膠組件分開出來，玻璃和半導體也拆出來，加以分類並進行回收；二、再來就是以蝕刻法取得回收太陽能電池中的晶圓。
二、自動化回收
為要節省成本並增加回收效率，該回收廠也試驗機械自動回收方式，該中心所採用的機械是比利時製造的自動化機械，其回收不論是破損或是完整的太陽能電池皆可回收，每年的處理量可達2萬噸。目前工作人員仍努力提升自動化回收的效率及精準度，而所獲得的矽被熔解做成晶圓重新運用在新太陽能電池中，節省了可觀的原物料以及製造時的相關成本。
薄膜太陽能電池回收
薄膜太陽能電池的表面，分布非結晶的矽，必須靠精細的切離技術，使矽與面板分離以達到回收目的，因此它的回收成本也相對較為高昂。
1990年代後期，美國的第一太陽能公司（First Solar）開始回收薄膜太陽能電池，大致可回收90％的玻璃和95％的半導體，目前採用類似方法回收的廠家分別在美國和德國，回收的方式為：太陽能電池以捻碎機加以細碎化，再用研磨機將之磨成4～5mm的小塊狀，之後在不鏽鋼滾筒中注以酸劑，將薄膜和玻璃等分離出來，這時滾筒中的液體充滿金屬，以三段式的化學沉澱程序注入高鹼中和清洗，最後以特殊的過濾器過濾出細層矽以重新利用。
結語
太陽能電池回收再利用對於環保而言非常有益，隨著回收技術的成熟，未來的回收率可望達到95％，不論是在產業或是節能範疇上都具有正面意義。試想，製出太陽能電池裡的矽所需要的能源與成本，為直接回收太陽能電池中的成品矽的3倍之多，而回收裡頭的晶圓也是如此，因此回收太陽能電池再利用值得成為大家努力的方向。
另一方面，德國PV RECYCLE協會為要持續推動太陽能電池回收並將之產業化，在歐盟建立一套功能性強且具良好形象的回收系統，也成為現階段刻不容緩的執行事項。（作者為本刊駐德國特約記者，同時也是台灣公共電視派駐德國杜塞道夫新聞特派員╱有興趣的讀友可逕行上網查詢：www.bine.info）
PV RECYCLE協會
PV RECYCLE協會於2007年7月正式成立，為歐盟會員國中的8家主要太陽能廠商所發起之組織，任務為自願免費回收到期除役的太陽能電池，成立至今已有60位會員，代表歐盟85％的太陽能電池市場。
該協會主張，太陽能電池應至少擁有25年的運作壽命，在1990年代第一批加入發電的太陽能電池將在2015年陸續面臨回收的命運，也就是說，屆時回收的技術和程序必須到達可執行的階段，回收目標為至少回收65％的老舊電池，並回收85％以上其中的重要物件，像是玻璃、鋁和其他半導體等。