隨著中國光伏裝機規(guī)模不斷擴大及項目技改的推進，我國退役光伏的市場或?qū)⒏缫哺笠?guī)模到來。然而，現(xiàn)有一些國內(nèi)外預測數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足市場的快速變化。為了給行業(yè)提供更加精準的數(shù)據(jù)參考，中國綠色供應鏈聯(lián)盟光伏專委會光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心自2022年便組織會員單位開展中國光伏退役規(guī)模預測工作，經(jīng)過組內(nèi)多次討論、研究及和國際能源署國際工作組開展聯(lián)合研究、比對，最終完成整套預測模型、方法及預測成果。中國綠色供應鏈聯(lián)盟光伏專委會光伏回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展合作中心在2023第六屆中國國際光伏產(chǎn)業(yè)大會之光伏無廢供應鏈和回收循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)大會上首次向全行業(yè)公布“典型氣候特征下的光伏回收市場動態(tài)精準預測”。
項目內(nèi)容主要分為三個方面，首先是國內(nèi)光伏裝機數(shù)據(jù)收集和預測。在數(shù)據(jù)收集方面，項目組通過統(tǒng)計國家能源局、國家電網(wǎng)、國家可再生能源中心等官方網(wǎng)站和報告，搜集了2000年到2022年的全國年新增裝機數(shù)據(jù)及2013-2022年各省份的年新增裝機數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預測方面，項目把2023年到2050年拆分為短期和長期兩個預測階段，其中短期（2023-2030）主要通過搜集國家及各個省份“十四五”期間已發(fā)布的裝機規(guī)劃目標；長期（2030-2050）根據(jù)國家發(fā)改委能源所最新研究成果2050年裝機目標（4000GW），再根據(jù)增量確定年增長率從而計算每年的新增裝機量。
項目第二個重點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，不同預測場景下函數(shù)形狀不同）
t：自變量，組件失效時間（ｔ取自然數(shù)）
f（t）：組件在壽命為t時間下失效概率
尺度參數(shù)方面，項目組考慮了不同氣候區(qū)對組件功率衰減的影響。根據(jù)國家在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）的氣候標準，依據(jù)戶外溫度和濕度兩個指標，全國被劃分為干熱、暖溫、寒溫、亞濕熱、濕熱等多個氣候區(qū)。項目組根據(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)《晶體硅光伏組件報廢指南》，提出組件功率衰減至初始功率的80%即可以報廢的假設，最終計算得到組件在以上兩個氣候區(qū)特征壽命為α1=26.14、α2=20.84。對于其他未有實證數(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，項目對氣候條件相似的氣候區(qū)進行合并，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?。▍^(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。
項目組通過對近10年全國各個省份裝機數(shù)據(jù)進行計算發(fā)現(xiàn)，以上氣候區(qū)的年新增裝機數(shù)據(jù)占全國年新增裝機比例具有一定的穩(wěn)定性。經(jīng)計算，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。由此可以計算其余不同年份的氣候區(qū)裝機數(shù)據(jù)，從而利用退役模型對不同氣候區(qū)退役量進行預測。
形狀參數(shù)方面，項目組參考了國際能源署對光伏組件退役場景的假設，將組件報廢分為常規(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、運維良好等，組件失效為正常運營后的技術(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、運行及壽命終結(jié)時組件的退役情況。得到參數(shù)值分別為β1 =5.3759、β2 =2.4928。項目在此基礎(chǔ)上還考慮了組件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報廢率，通過對光伏回收企業(yè)的走訪調(diào)研，考慮了萬分之五的生產(chǎn)報廢率，這與光伏回收中心之前對企業(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)：
最后是退役量的計算。對于退役量的計算，項目組采用了市場供給A模型，模型表達式及參數(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)下裝機預測，帶入市場供給A模型，可以求得不同氣候區(qū)下的退役規(guī)模，最后對不同氣候區(qū)數(shù)據(jù)進行累加，就可以求得我國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，項目組參考了國際能源署的研究成果，提出以下近似假設：
2000-2010：100噸/MW
2010-2020：80噸/MW
2020-2050：50噸/MW
最終通過以上計算，可以得到中國在常規(guī)退役的情景下，2030年、2040年及2050年光伏累計退役量將達100萬噸、1200萬噸、5500萬噸；提早退役情景下，將分別達400萬噸、2300萬噸及6600萬噸。
圖為中國光伏退役規(guī)模預測（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)，本項目的數(shù)據(jù)遠高于國際能源署在2016年對中國退役量提早退役的預測數(shù)據(jù)，主要原因有以下兩個方面：本項目通過氣候區(qū)實證功率衰減數(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)國內(nèi)發(fā)布的對光伏高比例裝機的預測數(shù)據(jù)，得到中國在2050年的累計裝機量將達4000GW，這一數(shù)值已經(jīng)遠超2016年國際能源署對中國光伏裝機規(guī)模350GW的預測。
本項目對于模型研究還有更多細化工作，光伏回收中心將動態(tài)可持續(xù)研究下去，對預測模型和數(shù)據(jù)不斷完善和補充。本項目從2022年立項以來，得到眾多專家、企業(yè)和研究機構(gòu)鼎力支持。項目組對國家電網(wǎng)、水利部水利水電規(guī)劃設計總院、國家發(fā)改委能源研究所、中科院電工研究所、國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司、隆基綠能科技股份有限公司、中國國檢測試控股集團股份有限公司、晶科能源股份有限公司、天合光能股份有限公司、英利集團（零碳研究院）、永臻科技股份有限公司、德凱質(zhì)量認證（上海）有限公司、常州瑞賽環(huán)?？萍加邢薰尽不杖陂锌萍加邢薰?、河北大學物理科學與技術(shù)學院、山東大學“利廢拾光”團隊等單位的參與和支持表示感謝。
項目內(nèi)容主要分為三個方面，首先是國內(nèi)光伏裝機數(shù)據(jù)收集和預測。在數(shù)據(jù)收集方面，項目組通過統(tǒng)計國家能源局、國家電網(wǎng)、國家可再生能源中心等官方網(wǎng)站和報告，搜集了2000年到2022年的全國年新增裝機數(shù)據(jù)及2013-2022年各省份的年新增裝機數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預測方面，項目把2023年到2050年拆分為短期和長期兩個預測階段，其中短期（2023-2030）主要通過搜集國家及各個省份“十四五”期間已發(fā)布的裝機規(guī)劃目標；長期（2030-2050）根據(jù)國家發(fā)改委能源所最新研究成果2050年裝機目標（4000GW），再根據(jù)增量確定年增長率從而計算每年的新增裝機量。
項目第二個重點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，不同預測場景下函數(shù)形狀不同）
t：自變量，組件失效時間（ｔ取自然數(shù)）
f（t）：組件在壽命為t時間下失效概率
尺度參數(shù)方面，項目組考慮了不同氣候區(qū)對組件功率衰減的影響。根據(jù)國家在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）的氣候標準，依據(jù)戶外溫度和濕度兩個指標，全國被劃分為干熱、暖溫、寒溫、亞濕熱、濕熱等多個氣候區(qū)。項目組根據(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)《晶體硅光伏組件報廢指南》，提出組件功率衰減至初始功率的80%即可以報廢的假設，最終計算得到組件在以上兩個氣候區(qū)特征壽命為α1=26.14、α2=20.84。對于其他未有實證數(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，項目對氣候條件相似的氣候區(qū)進行合并，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?。▍^(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。
項目組通過對近10年全國各個省份裝機數(shù)據(jù)進行計算發(fā)現(xiàn)，以上氣候區(qū)的年新增裝機數(shù)據(jù)占全國年新增裝機比例具有一定的穩(wěn)定性。經(jīng)計算，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。由此可以計算其余不同年份的氣候區(qū)裝機數(shù)據(jù)，從而利用退役模型對不同氣候區(qū)退役量進行預測。
形狀參數(shù)方面，項目組參考了國際能源署對光伏組件退役場景的假設，將組件報廢分為常規(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、運維良好等，組件失效為正常運營后的技術(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、運行及壽命終結(jié)時組件的退役情況。得到參數(shù)值分別為β1 =5.3759、β2 =2.4928。項目在此基礎(chǔ)上還考慮了組件在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的報廢率，通過對光伏回收企業(yè)的走訪調(diào)研，考慮了萬分之五的生產(chǎn)報廢率，這與光伏回收中心之前對企業(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)：
最后是退役量的計算。對于退役量的計算，項目組采用了市場供給A模型，模型表達式及參數(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)下裝機預測，帶入市場供給A模型，可以求得不同氣候區(qū)下的退役規(guī)模，最后對不同氣候區(qū)數(shù)據(jù)進行累加，就可以求得我國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，項目組參考了國際能源署的研究成果，提出以下近似假設：
2000-2010：100噸/MW
2010-2020：80噸/MW
2020-2050：50噸/MW
最終通過以上計算，可以得到中國在常規(guī)退役的情景下，2030年、2040年及2050年光伏累計退役量將達100萬噸、1200萬噸、5500萬噸；提早退役情景下，將分別達400萬噸、2300萬噸及6600萬噸。
圖為中國光伏退役規(guī)模預測（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)，本項目的數(shù)據(jù)遠高于國際能源署在2016年對中國退役量提早退役的預測數(shù)據(jù)，主要原因有以下兩個方面：本項目通過氣候區(qū)實證功率衰減數(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)國內(nèi)發(fā)布的對光伏高比例裝機的預測數(shù)據(jù)，得到中國在2050年的累計裝機量將達4000GW，這一數(shù)值已經(jīng)遠超2016年國際能源署對中國光伏裝機規(guī)模350GW的預測。
本項目對于模型研究還有更多細化工作，光伏回收中心將動態(tài)可持續(xù)研究下去，對預測模型和數(shù)據(jù)不斷完善和補充。本項目從2022年立項以來，得到眾多專家、企業(yè)和研究機構(gòu)鼎力支持。項目組對國家電網(wǎng)、水利部水利水電規(guī)劃設計總院、國家發(fā)改委能源研究所、中科院電工研究所、國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司、隆基綠能科技股份有限公司、中國國檢測試控股集團股份有限公司、晶科能源股份有限公司、天合光能股份有限公司、英利集團（零碳研究院）、永臻科技股份有限公司、德凱質(zhì)量認證（上海）有限公司、常州瑞賽環(huán)?？萍加邢薰尽不杖陂锌萍加邢薰?、河北大學物理科學與技術(shù)學院、山東大學“利廢拾光”團隊等單位的參與和支持表示感謝。
