向100%清洁能源过渡是全球缓解气候变化最严重影响和保护宜居地球的当务之急。太阳能正推动我们朝着这个目标前进。
到2010年，美国已经安装了2.6瓦(GW)的太阳能，足够为洛杉矶三分之一的家庭提供电力。从那时起，太阳能电池板(光伏或PV模块)的电力价格下降了85%如今，美国拥有超过126吉瓦的装机容量，足以为加州和德克萨斯州的所有家庭供电。
在过去的十年里，太阳能的发展呈指数级增长，而且没有停止。美国太阳能产业的目标是提供30%美国能源生产到2030年。
但是，要生产如此巨大的太阳能产量增长所必需的太阳能电池板，就需要大量开采原材料。制造太阳能电池板所需的硅、银、铝和铜的开采存在着无数的问题。政府和企业能否确保太阳能供应链中的工人从安全、公正和高报酬的生计中受益，并确保受影响最大的社区作为积极的合作者参与其中，受到尊重和有尊严的对待?这篇文章着眼于太阳能电池板供应链中的问题，以及如果太阳能产业要负责任地和可持续地发展，该行业必须采取的解决方案。
(要了解这些原材料是如何组合成发电面板的，请查看我之前的帖子太阳能电池板是如何制造的．)
与采矿原材料有关
根据美国能源部(DOE)的数据，全球生产的金属硅(也称为“冶金级硅”或MGS)中约有12%被转化为太阳能电池板生产的多晶硅。中国的MGS产量约占全球的70%占世界多晶硅产量的77%．将硅转化为多晶硅需要很高的温度，而在中国，这些工厂的燃料主要是煤。新疆是中国煤炭资源丰富、电价低廉的地区占世界多晶硅的45%。
有报道指出，新疆部分多晶硅厂存在强迫劳动的现象维族这是一个受到严重迫害的穆斯林少数民族。2021年6月，a美国暂缓发布释放令禁止从Hoshine silicon Industry Co.及其子公司进口的含硅产品进入美国，直到进口公司能够证明这些产品不是用强制劳动生产的。2021年12月维吾尔防止强迫劳动法扩大了要求所有从新疆进口硅的美国公司确认供应链没有强迫劳动的要求。
占世界人口的10%银现在被用于太阳能电池板，这也给供应链带来了问题。到2050年，在100%可再生能源的情况下，假设目前的太阳能技术和目前的回收率，太阳能对白银的需求可能会超过占世界储量的50%．
银矿主要分布在墨西哥、中国、秘鲁、智利、澳大利亚、俄罗斯和波兰，有时会造成重金属污染和社区流离失所。在危地马拉，土著Xinka社区收藏超过85000个签名呼吁泛美银业避免因水污染、未能公正地征询社区意见以及可能参与威胁非暴力抗议者而重新启动其休眠业务。在秘鲁的La Libertad，一个有17年历史的矿井停止操作2012年，在五次紧急宣布莫切河金属污染严重之后。
虽然太阳能在硅和银两种材料中占据了很大的市场份额，但确保其他材料的可持续、合乎道德的采购至关重要，即使只占全球使用量的一小部分。例如，太阳能电池板使用少量的铝，这些铝来自地球表面附近的铝土矿。挖掘它需要很多土地，经常侵占土著居民的土地，比如澳大利亚，世界上28%的铝土矿产于澳大利亚;还有几内亚的小农农田，在那里22%的产量被生产出来。中国生产全球22%的铝土矿，并通过能源密集型工艺将全球56%的铝土矿加工成铝。
铜和铝面临着类似的土地利用挑战。根据美国地质调查局(United States Geological Survey)的数据，智利占铜产量的27%，秘鲁占10%，中国占8%，刚果民主共和国占8%。在2050年100%使用可再生能源的情况下，太阳能项目对铜的需求根据国际能源机构(IEA)的数据，可能会增加近三倍。
人权和商业研究所报告说前300个未开发铜矿储量在世界范围内，47%位于土著土地上或在土著土地上，65%位于高水风险地区，65%位于生物多样性保护区内或附近。
制造过程遍及全球
太阳能电池板有三个部分需要制造:硅片、太阳能电池和光伏组件。这些产品很少是在美国国内制造的，这代表着美国开创性创新的巨大机遇。
晶圆是一种可以制成太阳能电池的薄金属片，97%的晶圆是在中国生产的。十年前，美国生产的硅片足以满足80%的国内需求。截至2022年2月，有了没有国内生产由于国外的价格要低得多，加上中国的关税，但一些美国网站已经宣布计划上线在接下来的几年里。
在制造过程中硼和磷被添加到晶圆中。然后将晶圆与银连接，将其转化为太阳能电池，能够将捕获的阳光转化为电能。虽然美国第一批晶体硅太阳能电池工厂已宣布计划在未来几年投产，没有细胞生产在美国今天;大部分是在韩国、马来西亚、中国和越南制造的。
太阳能光伏电池板或“模块”是由一组太阳能电池组装而成，范围从36至144细胞，在一个强大的塑料聚合物背面片与一个钢化玻璃加在上面。超过四分之三的光伏组件在中国制造。目前在美国生产太阳能电池板的成本要高出30-40%。美国拥有的大约有20个，美国太阳能组件和瓦制造商其中10家位于加州，其他10家位于纽约、俄亥俄州、德克萨斯州、印第安纳州、新泽西州和亚利桑那州。
一个更可持续、更负责任的供应链是可能的
如上所述，制造太阳能电池板所需的材料开采和制造过程存在许多挑战。但有效的政策和技术解决方案可以确保我们继续增加太阳能供应，并朝着负责任、可持续的太阳能供应链迈进。
以下是政府和行业可以采用的四种策略(以及许多其他策略)，以减少太阳能电池板生产带来的环境、社会和能源挑战。
- 确保有道德的供应链。在采购原材料时，政府和太阳能公司可以承诺确保采矿和炼油公司获得足够的能源自由、事先和知情的同意(FPIC)。公司可以参与监管和评估标准，如硅谷有毒物质联盟太阳能计分卡。
- 生产过程脱碳。幸运的是，新的创新已经减少了制造多晶硅所需的电力。例如，一种新的多晶硅生产工艺称为“流化床反应器”可以使用节能80-90%而不是更广泛使用的西门子工艺。此外，选择在拥有更清洁能源的地方生产太阳能电池板——以及鼓励这种选址的战略政策——可以有很长的路要走降低碳强度这个过程。最近通过的降低通货膨胀法对太阳能电池板生产公司的税收抵免，以及拜登政府2022年援引《国防生产法》(Defense Production Act)来刺激国内太阳能电池板制造业，这是两个可以加速该行业脱碳的战略政策的例子。
- 提高面板、材料和工艺效率。提高太阳能电池板的发电效率意味着客户可以用更少的电池板产生更多的电力——这将更容易省钱，并且在太阳能供应链中需要更少的原材料。虽然太阳能电池板可以使用几十年，但进一步延长太阳能电池板寿命的研究和创新也可以帮助客户避免更换它们。设计太阳能电池板和太阳能商业模式，以支持简单、负担得起和易于获得的翻新，也可以延长电池板的寿命。此外，技术创新可以减少太阳能电池板所需的原材料数量。例如，工程师们降低了每个太阳能电池所需的银量67%从2007年到2016年，预计将进一步下降。
- 增加回收和再利用。这是太阳能电池板生命周期故事中最大的“一线希望”。这两大挑战——原材料采购问题和太阳能电池板废料的积累——可以相互帮助解决。更多的退役太阳能电池板意味着将有更多可回收的原材料，以补充日益稀缺、昂贵和国际化的供应链。由于太阳能电池板的再利用和回收研究仍处于初期阶段，新举措和公司有很多机会产生重大影响。循环可再生能源技术新时代的政策和投资将确保全球向清洁能源的过渡尽可能负责任、可持续和循环。
以及太阳能电池板的情况临终？今天，我们每年安装五六千万的太阳能板，这将产生百万公吨太阳能电池板退役后的废物。到2030年,专家估计我们每年可以安装超过3.5亿块太阳能板。这对于加快清洁能源转型是一个重大的气候保护消息。它还提高了确保可持续材料采购和报废管理的风险。20-30年后，当太阳能电池板的使用寿命结束时，它们会去哪里?有机会实现循环太阳能电池板供应链吗?
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