崔颖孙秀英（. 山东大学能源与动力工程学院，山东济南 5003；.东方地球物理公司辽河物探处，辽宁盘锦 400）



基于生命周期评估方法评价多晶硅片生产带来的环境影响

崔颖1孙秀英2
（1. 山东大学能源与动力工程学院，山东济南 250013；2.东方地球物理公司辽河物探处，辽宁盘锦 124010）

【摘要】生命周期评估（LCA）是估计产品生产的整个生命周期和其对环境的影响。这种方法通常是用于改进制造工艺和生态设计。基于实际生产的数据，多晶硅产品对环境的影响可以采用生命周期评估方法通过定量计算分析得出，这种方法包括分类、定性、量化以及在SIMAPRO软件的帮助下进行定量计算。

【关键词】多晶硅 生命周期评估 SIMAPRO软件 生态文明 环境友好型

近年来，随着石油能源价格的不断上涨，越来越多的人已经开始密切关注新能源的开发和利用。伴随着太阳能光伏发电的技术的逐渐形成，国际市场对多晶硅晶片的需求不断增加，尤其是在许多发达国家，如德国，西班牙，美国和日本。在中国，多晶硅晶片的情况可以总结为一下几点情况——企业恢复对多晶硅晶片的生产，持续倾销到海外，不但价格低，而且需求量大，对于下游产业尤甚。

1 实验软件的介绍

SimaPro软件，领先于LCA工具，可以在持续产品的开发和可持续发展目标的指标方面帮助你。你可以制定可靠决策，主动改变你的产品的生命周期。 SimaPro是在80多个国家使用于调查行业，咨询和研究机构的LCA软件。而此软件所研究的一项主要内容为多晶硅片太阳能光伏发电系统，该系统可通过光伏效应把太阳能转变为电能。多晶硅晶片的生产主要由硅的采矿，冶炼，精炼，生产多晶硅晶片，生产太阳能电池及将太阳能转化为电能的光伏平衡组件的生产等几大方面组成。

2 多晶硅晶对环境的影响

2.1 实验过程

实验分为三个部分。首先，选择5个影响因素—臭氧层，温室气体的排放，酸化的效果的破坏，资源消耗和能量，以便分析资源环境的消耗。数据包括2.68千克硅，120千克水和12.7KW.h电，这些能够在数据库中找到。其次，寻找其他能源和资源，1.5千克的镁化硅，454.20公斤冷却水，17千克淡水，50千克蒸汽和190KW.h电力，在多晶硅的纯化过程中输入，之后输入多晶硅切片切割过程的能量需求。第三，使用SIMAPRO软件的分类、鉴定和量化功能可以自动分析并写下模型及方法，最后我们得出结论，并根据结论分析关键点。

2.2 系统边界

该系统的边界，从一开始就应该知道，包括从原材料到组装的光伏板，某些化学物质没有包含在内，因为没有实际的生产数据。在投资过程中，从准备材料开始，并且我们设置了流程表，流程表需要输入在多晶硅晶片铸造和切割的资源和能源利用，之后过程中产生的污染物会自动输出。因此，多晶硅晶片铸造和切割过程是系统边界最重要的组成部分。

2.3 数据清单

在具体的研究的基础上，我们分析了整个生命周期资源的数据清单。之后，我们计算了多晶硅晶圆产生1WM太阳能所需的资源，能源和排放。我们假设二氧化碳和一氧化碳，在没有包含在计算之内，因为COD的废水不能准确测定。对于固体废物的检测，我们只需考虑生活垃圾——包括硅矿在内的原材料的消耗。

2.4 功能单位

我们只比较主要光伏电池板，即使一个晶体硅太阳能电池组件中的冲击达到生命周期评价的环境影响。影响是在各类环境之间关系的基础上，通过定量计算估测不同类型的环境。以目前的方法的效果看，最好的方法是层次分析权重法。

3 结语

实验结果表明，国内先进水平有较高的利用资源和能源，相比一般水平，减少了污染物的排放，特别是在粉尘排放，酸化潜力，全球变暖潜能和臭氧消耗方面的潜力。最重要的环境因素是水，蒸汽和水的循环和蒸汽。随着实验的继续，有产生能量，因此温度也是一个重要的方面。多晶硅晶片企业节约能源的方法是使用清洁能源，改善循环水和锭过程的利用率，增加铸锭时晶粒的尺寸，以及使用具有更小的环境污染物的排放的清洁材料。

通过生命周期的分析，我们发现主流技术的光伏组件在中国生产位居第二——为光伏电池板生产的主流技术的能量需求超过两倍的技术。根据最好的技术，光伏电池板的主流技术的生命周期防止全球变暖潜能也增加一倍以上。因此，主流技术对环境的影响更加严峻。这不仅造成了巨大的环境污染，也造成了资源的极大浪费。对实现可持续发展这是非常不利的。

最重要的环境方面的主要材料是光伏电池板的硅生产工艺。大部分固体硅包括二氧化硅，碳化硅和硫化硅组成，不能造成环境污染。四氯化硅会污染环境，但其产能小。最大含量的污染物是二氧化硫，二氧化氮，氯化物和氟化物。因此生产过程中的主要污染是由大气中的污染引起的。同时化石燃料发电量占中国的总发电量的77.7%，所需要的电能生产也将导致严重的大气污染。所以光电面板生命周期中的环境方面最重要的是大气的污染。

最重要的阶段没有污染的光伏板时使用。在生产过程中会产生大量大气污染物，包括二氧化硫，二氧化氮，氯化物和氟化物。四氯化硅会造成水体污染。泥会造成土壤污染。太阳能级多晶硅的生产将产生二氧化硫和二氧化氮，这是大气污染物，以及氯化物和氟化物从硅纯化。浇铸/晶片化工艺将导致材料的相当大的损失。因此，太阳能级多晶硅的生产和铸造/晶片化过程是最重要的阶段性污染。

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