裹着糖衣的毒药，太阳能光伏发电真的清洁吗？来看看“隐藏”污染
原作者： 连以婷 改写汤之铭。
2022年农村太阳能发电有较大进展，城市工厂由于绿色工厂创建，厂房和空地也新安装了多个新机组，特别是大型发电厂，太阳能板新安装量较大。一块块太阳能板在刺眼的阳光照耀下，都成为绿色能源的最佳代言人，确实，太阳能发电比石化燃料发电对环境伤害较小，但大部分人很少意识到，太阳能制造对环境的损害。制造太阳能电池板以及逆变装置、蓄电池等，用的电力、所放的二氧化碳与污染，仍然会影响环境。那些我们看起来能坐享其成的太阳能电池，其实并非零污染零排放，而是将环境成本转嫁给了生产国。
从2008年开始，太阳能制造业从原本的产地欧洲、日本、美国，转移至中国、马来西亚、菲律宾，如今将近一半以上的太阳能电池板都在中国生产，虽然带动了当地产业的兴起，却也让这些地区饱受污染之苦。
1、让我们污染得从头说起──从挖掘到精炼
要准确说明这些问题，必须从太阳能电池板的制造谈起。虽然产生太阳能电池的技术有很多种，但大部分都是从石英砂开始，先不说之后的提炼，光从矿山中挖取石英砂，就是从古至今对健康危害最深的职业之一，会让矿工染上矽肺病(silicosis)。
石英砂挖掘出来后，首先透过电弧炉将石英砂还原成冶金级的矽(Metallurgical Grade Silicon,MGS)，大多用于炼钢，在这一阶段中，需要输入大量的能源来保持电弧炉的高温，消耗电力而所产生的二氧化碳与二氧化硫，由于目前技术发展，对环境危害较轻。
下一阶段则是将冶金级的矽精炼，除去内部的杂质，让矽的纯度更高，精炼过程包括将氢氯酸(hydrochloric acid)加入冶金级的矽，进行氯化反应生成三氯氢矽(trichlorosilanes)，之后加入氢气进行一次性还原产生高纯度的多晶硅(polysilicon)，在整个过程中最多有25%的三氯氢矽会转化为多晶硅，同时伴随非常毒的附产品四氯化矽(silicon tetrachloride)产生。估计每生产一吨的多晶硅，会有3～4吨的四氯化矽。
大部分的制造商会将四氯化矽回收再利用，因为所消耗的能源会比从最原始的原料(二氧化矽)来的少，回收四氯化矽经济上能省钱;但这些设备需要花费上千万美元，因此有一些业者会直接将附产品排放掉。当这种具强腐蚀性的有毒液体遇到潮湿空气，马上分解成矽酸和气体氯化氢，用于倾倒或掩埋四氯化矽的土地将变成不毛之地，树木和草都无法生长。
当太阳能产业还没那么庞大时，太阳能电池所需要的矽主要来自芯片制造商所淘汰的矽芯片，半导体产业对矽的纯度要求更高，因此要求较低的太阳能电池可接受它们的“淘汰品”，但当太阳能产业爆红后，所需的矽已远超过能接收到的，必须新建许多提炼工厂才够用。然而很少有国家为四氯化矽设定严格的处理法则，拥有最多提炼厂的中国也不例外。
四氯化矽危害大
2008年华盛顿邮报就曾报导位于河南省的某多晶硅企业，不愿意投资回收设备，而是将四氯化矽随意倾倒于邻近土地上，使该地区的农地无法种植作物，并让附近居民的健康受到危害，报导指出这一家公司并非唯一一家这么做的公司。
报导一发布，马上引起大众的激烈的反弹，也让太阳能产业所标榜的“干净能源”形象蒙上一层灰，为了保护产业的声誉，太阳能电池的生产商开始要求多晶硅供应商要做到环境保护责任，2011年中国也制定法规，规范供应商回收的四氯化矽至少要达到98.5%，之后情况逐渐改善。未来这些问题有望完全消失，因为美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)正寻找以乙醇代替氯基化合物的方法，以避免产生四氯化矽。
2、锯切打磨清洗，需强腐蚀性物质帮忙
污染并非只到多晶硅就会停止。从多晶硅到真正的太阳能电池还需要透过长晶炉生成晶棒，再切割成晶圆或芯片，这些过程都需要危险的化学物质来处理，例如制造商需要用氢氟酸来清洗晶圆，除去因锯切所受到的伤害，或是磨平晶圆表面，以增加聚光能力。但氢氟酸是一种具有强烈腐蚀性的物质，因此必须妥善处理。
氢氟酸污染问题也层出不穷，但这个威胁也有机会解决，罗门哈斯电子材料(Rohm&HaasElectronicMaterials)已确认能用氢氧化纳取代氢氟酸，氢氧化纳虽然也具有腐蚀性，但较容易处理，对操作者而言危险性也较低。
3、薄膜太阳能电池，有重金属问题
目前超过90%的太阳能电池使用多晶硅，然而近几年多晶硅材料出现短缺，使得部分业者转向投入薄膜太阳能电池，它的优势在于制造成本更低，使用的能源与材料更少，未来若转换率能进一步提升，有望与多晶硅相匹敌。除了上述的优点，薄膜太阳能电池可在价格低廉的玻璃、塑胶或不锈钢基板上蒸镀非晶矽薄膜，而不需从矽晶棒切割而来，因此产生的废弃物较少，也无须使用复杂的电弧炉，但这不代表薄膜太阳能电池不会造成环境污染。
薄膜太阳能电池的主要技术以非晶矽(a-Si)太阳能电池为最大宗，碲化镉(CdTe)太阳电池产量成长最快，铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池则深具成长潜力，其中碲化镉太阳电池由五层结构组成，其中一层为硫化镉(CdS)，另一层为碲化镉(CdTe);铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池主要材料为铜铟镓硒，但也含有硫化镉，这两种电池都使用重金属镉的化合物，它是恶名昭彰的致癌物质，长期暴露可能导致肾脏疾病、肺损伤与骨骼脆弱。
太阳能板寿命较短，一般寿命为20到25年。弃置的太阳能电池也是较大的问题，没有妥善的回收机制，会增加镉暴露的风险，但是甚至许多人根本没意识到太阳能电池板需要回收。
减少镉危害的方式就是尽量少用无镉产品。目前有两个铜铟镓硒制造商Avancis和SolarFrontier，以对环境较友善的材料硫化锌取代硫化镉;英国布里斯托大学(University of Bristol)和巴斯大学(University of Bath)、加州柏克莱大学也正尝试发展薄膜太阳能电池，另外FirstSolar也逐渐减少镉在太阳能电池的使用量。
4、投资回收期要多久?
有毒并非是唯一的问题，制造太阳能需要大量的能源，排放大量的二氧化碳。太阳能电池能生产电力，可回收原本投资的能源，大部分的电池运作两年后就可以回收二氧化碳排放量。有些电池甚至能缩短至半年，但能源回收与资金回收的时程不能混为一谈，两者有时间差距。
太阳能投资，每千瓦2800元到7000元左右。按平均5000元计，静态回收期23年。并且有些厂家价格贵，高于7000元每千瓦，最贵达一万元，而太阳能寿命约25年，根据无法回收投资。
除了能源回收是否符合效益，碳足迹也是个问题，通常以碳排放强度(carbon-intensity)为计算单位，也就是生产每千瓦小时的能量会排放多少公斤的二氧化碳，其中较依赖煤炭供电的碳排放强度最高，例如中国，电力生产的碳排放强度是美国的两倍，这个数据与阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)和西北大学(Northwestern University)在2013年发布的报告相似，报告指出中国制造的太阳能板其碳足迹是欧洲制造的两倍。
中国制造的太阳能板其碳足迹二氧化碳排放量是欧洲制造的两倍。
水则是另一个问题，在太阳能电池制造的过程中，必须用到很多水，包括冷却、化学处理和空污防治，最大的需求来自安装与使用时的清洗，公共事业规模在230～550百万瓦(megawatt)范围内的能源计划，在施工期时每年需耗费15亿升的水来进行粉尘控制，运转时每年需要2,600万升的水来清洗太阳能板，但这些用水量仍远低于冷却火力和核能发电厂所需要的用水。
5、农民和公司投资人决定太阳能的投资
农民和公司投资人的选择，将左右太阳能产业的走向，但却有很多潜在困难度。如目前中国太阳能公司非常多，市场能力相当强，另外与地方政＃-府特别是乡政＃-府的关系，乡政＃-府的工作人员销售一定太阳能电池板有提成。
信息透明，才会做出正确决定。目前太阳能公司利用信息不透明不对称，销售太阳能板，损害了农民的利益。公司级投资人，由于有投资，需要有能源评审的，会相对要好一点。
太阳能光伏发电的缺点
1、前期投入大
安装一套光伏系统是昂贵的——至少在前期是如此。一个普通家庭每月的电费大概100～200元，如果在住宅屋顶安装20KW的光伏系统需要支出10万元左右的费用。一个生产型企业如果在车间屋顶安装500KW分布式光伏发电系统需要的费用是175万左右。
实际上每千瓦年发电量约600度左右，要比投资可行性报告中的数据低得多，只有一半左右。
前期成本是分布式光伏的主要障碍。融资选项是可以的，即使考虑到利息及投资回收期，收益也是相当不利的。投资回收期超过20年，并用寿命才25年。
太阳能发电属于垃圾投资，投资回收不回来。
2、占用地面面积大
集中式地面光伏电站动辄占地上千亩，当然了土地原本都是未利用的，至少目前是这样。而工商业分布式光伏电站选择屋顶支架结构建造电站，因为它利用了建筑物的屋顶及闲置空间。但是一些合同签定后，这个房屋屋顶产权问题比较麻烦，影响了企业发展。
3、电能储存成本高
储能电池是光储系统中最昂贵的组件。当你给一个系统配置储能电池的时候，需要花费更多的费用。以目前的市场价格，为光储系统购买高端锂电池，1度电的成本大约在2000元左右。
此外，电池的使用寿命不如光伏系统的其他部分。铅酸电池保修期为1至7年，这意味着在电池板保修期结束之前，您将更换4至5次。
而磷酸铁锂电池也好不到哪里去，在循环次数5000次的条件下，每天充放电一次循环的寿命周期也到不了10年。在整个系统的使用寿命中，您至少需要更换一次锂电池。
许多人将太阳能视为未来的能源救星，却忽视在光鲜亮丽的外表下，隐藏着如此多的问题，身为消费者的我们不能视而不见，而应该以群体的力量要求厂商做到真正的节能、减碳、零污染，不然我们所追求的绿色能源，也不过是个包裹着糖衣的毒药罢了。
