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（来源：太阳能杂志）
DOI：10.19911/j.1003-0417.tyn20240708.03 文章编号：1003-0417(2025)07-19-09
光伏组件绿色产品认证关键技术研究与实践探讨
冀润景* ，冯建波，霍现军
( 电能( 北京) 认证中心有限公司，北京 100080)
摘 要：对绿色产品认证制度的演进进行了梳理，解析了光伏组件产品的绿色属性，研究了其绿色认证关键技术，并对认证实践中存在的问题进行了探讨。研究结果显示：1) 光伏组件绿色产品认证关键技术包括绿色属性评价指标符合性验证方法和绿色属性保证能力关键要素的确认，后者重点体现在产品绿色属性关键影响因素的识别和管控、设计开发环节的控制、关键部件的采购和控制，以及生产过程控制和其他这4 个方面的确认。2) 实验室测试、户外实证和光伏电站现场检测都可以直接或间接验证光伏组件输出功率衰减率，各具优点和局限性，认证机构应结合实践选择合适的验证方法。3) 认证机构开展光伏组件绿色产品认证时对碳足迹和环境产品声明(EPD) 的采信应当关注碳足迹证明文件是否由专业机构出具，或是否由专业机构进行了核查或认证；生命周期评价量化分析是否贯穿太阳电池甚至硅片的原材料环节，且数据是否可靠；EPD 是否经过验证并有效注册。以期研究结果可进一步夯实光伏组件绿色产品的认证基础，为光伏产业打造绿色供应链、产业链提供支持。
关键词：光伏组件；绿色产品；认证技术；绿色属性；碳足迹
中图分类号：TM615 文献标志码：A
根据国家能源局数据，仅2024 年第1 季度，中国光伏发电新增并网装机容量就达4574万kW[1]。随着光伏发电装机容量不断增长，光伏组件作为光伏发电的重要设备，如何从可持续发展的角度对其进行系统评价成为必须关注的问题。而绿色产品认证作为中国统一推行的认证制度[2]，为此问题提供了解决方案。
当前针对绿色产品认证的研究方向主要聚焦于以下3 个方面。1) 产品绿色属性评价指标的内涵研究。比如：文献[3] 采用灰色动态聚类- 粗糙集理论对绿色产品认证指标体系进行了梳理和构建，并制定了产品的绿色分级评价思路；文献[4]通过对产品生命周期内的环境影响、使用性、功能性、安全性等进行研究，提出了绿色产品综合评价体系的结构框架。2) 绿色产品评价和审核技术研究。比如：文献[5] 探讨了电线电缆绿色产品认证的评价指标要求，并梳理了技术资料评审和现场检查的要点；文献[6] 以纸和纸制绿色产品为例，从职责和资源、设计开发、关键原材料、生产、检验设备等方面开展了工厂检查关键技术研究。3) 绿色产品认证实施效果的评价研究。比如：文献[7] 从产品视角分析，得出通过导入认证，在产品策划阶段为产品嵌入绿色属性，在产品实现中提升环境管理效能，从而实现产品绿色价值；文献[8] 通过分析绿色认证标志对品牌信任度和购买意愿的影响，提出绿色认证标志有助于树立差异化品牌定位，创造绿色价值。
本文对绿色产品认证制度的演进进行梳理，解析光伏组件产品的绿色属性，研究其绿色认证关键技术，并对认证实践中存在的问题进行探讨。
1 绿色产品认证制度的演进
为落实中共中央和国务院2015 年印发的《生态文明体制改革总体方案》，国务院办公厅于2016 年发布了《关于建立统一的绿色产品标准、认证、标识体系的意见》( 国办发[2016]86 号)，将环保、节能、节水、循环、低碳、再生、有机等产品认证制度统一整合为绿色产品制度。2017年，市场监管总局牵头国家质检总局、住房城乡建设部、工业和信息化部等5 部委联合发布《关于推动绿色建材产品标准、认证、标识工作的指导意见》( 国质检认联[2017]544 号)，将绿色建材认证或评价制度统一纳入绿色产品标准、认证、标识体系管理[9]。随后，市场监管总局于2018年发布了《绿色产品评价标准清单及认证目录(第1 批)》；2019 年，市场监管总局办公厅又联合住房和城乡建设部办公厅、工业和信息化部办公厅发布了《绿色建材产品认证实施方案》，将绿色建材的分级评价转为认证的方式[10]。
当前，中国对绿色产品认证结果的采信状况[11] 主要包括以下4 类：1) 政策规划中通过量化指标明确绿色产品应用比例要求，并建立配套机制引导建设项目采购绿色产品；2) 对绿色材产品生产单位给予补贴、抵税等财政支持；3)通过政府采购带动绿色产品应用；4) 通过宣传引导和强化企业履行社会责任等方式引导绿色产品使用。
通过对绿色产品认证制度的演进和采信状况进行研究，可以得出以下观点。1) 绿色产品认证制度变得更为规范化与客观化。比如：其将各环境属性下单一维度的评价体系转变为统一的多维度绿色属性评价体系，将打分评价方式转变为更为客观严谨的全部对应等级指标的符合性认证方式。2) 当前绿色建材产品的采信应用更集中于建筑领域。光伏组件作为发电设备，尽管其在光伏建筑一体化(BIPV) 或附着在建筑上的光伏发电系统(BAPV) 等方式中有所应用，但其在BIPV方式中的应用总量极为有限，而BAPV 方式中光伏组件一般不与建筑同时设计、施工和安装，导致光伏组件缺乏典型的建筑属性，使其采信基础一般。因此，针对光伏组件的绿色产品认证开展情况受到局限，需要开拓采信渠道。
2 光伏组件绿色属性评价指标
根据GB/T 33761—2017《绿色产品评价通则》，绿色产品是指“在全生命周期中，符合环境保护要求，对生态环境和人体健康无害或危害小、资源能源消耗少、品质高的产品”。不难看出，绿色产品应具有以下特征：1) 考量是基于全生命周期；2) 资源和能源消耗少；3) 污染物排放量低、毒性低、危害小；4) 易回收和再利用；5) 健康安全、品质高。
根据T/CECS 10043—2019《绿色建材评价光伏组件》，光伏组件作为绿色产品的评价体系包括一般要求和绿色属性的评价指标2 个部分。一般要求包括国家或行业标准对光伏组件的玻璃、胶膜等原材料的要求，对固废和危废的管理要求，对质量和环境的管理要求，对工艺技术的要求，对安全性的要求等。产品的绿色属性分为资源属性、能源属性、环境属性及品质属性4 类，光伏组件的各类绿色属性的评价指标及考虑因素如图1 所示。
通过对光伏组件的绿色属性评价指标进行分析，发现其具备以下3 个特征。1) 强调全生命周期，比如：环境属性指标中EPD 和碳足迹均体现了全生命周期各阶段光伏组件对环境的影响。2) 兼容性，兼顾了环境影响和产品质量。3)适用性，所有指标均可以通过测试、测量、核算、统计分析等方式量化得出。
3 光伏组件的绿色产品认证关键技术
3.1 光伏组件的绿色产品认证规则
各认证机构需根据CNCA-CGP-13: 2023《绿色建材产品分级认证实施通则》和T/CECS10043—2019中的要求编制各自的认证规则文件，并作为认证依据。
根据GB/T 27067—2017《合格评定产品认证基础和产品认证方案指南》，认证机构对光伏组件作为绿色产品的认证方式可概括为“初始工厂检查+ 产品抽样检验+ 获证后监督”，具体的认证流程如图2 所示。
认证机构对认证单元的划分应按“光伏组件类型+ 产品使用性质”进行划分，其中，光伏组件类型按采用的太阳电池规格和光伏组件封装方式的不同进行区分。
3.2 光伏组件绿色属性评价指标符合性验证方法
结合前文对光伏组件的绿色属性评价指标的分析可知，对光伏组件进行绿色产品认证时，对其绿色属性评价指标进行符合性验证极为关键，是需要重点关注的内容。
3.2.1 资源属性指标
光伏玻璃的光伏透射比τ 按GB/T 30984.1—2015《太阳能用玻璃第1 部分：超白压花玻璃》中的方法进行测试，其计算式为：
式中：λ 为波长，nm，取值为380～1100；τ(λ) 为特定波长下的光伏透射比，%；Sλ 为大气质量(AM) 1.5 下的太阳辐射相对光谱分布；∆λ为波长间隔，nm。式(1) 中，Sλ•∆λ 的值可按GB/T 30984.1—2015 附录A 给出的定值计算。单位质量光伏玻璃的综合能耗eb 按GB30252—2013《光伏压延玻璃单位产品能源消耗限额》进行计算，将低位热值折算为标准煤，其计算式为：
式中：ec、ed 分别为统计期内的主燃料消耗量和其他燃料消耗量，kgce/t；Pb 为统计期内的光伏玻璃总产量，t；c1、c2 分别为窑龄系数和燃料等效应系数。
原片光伏玻璃的综合利用率Kc 的计算式为：
式中：AP、AT 分别为统计期内生产的合格光伏玻璃和消耗的原片光伏玻璃总量，m3 或t。封装胶膜的交联度根据JG/T 450—2014《建筑光伏组件用乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物(EVA) 胶膜》中的方法制备试样并进行测试，然后计算经溶剂萃取和干燥后的试样的重量保持率，即可得到封装胶膜的交联度；而封装胶膜的剥离强度也根据JG/T 450—2014 中的方法制备试样后，按照产品要求的固化时间和温度进行交联固化，再进行剥离强度测试。
3.2.2 能源属性指标
对于每兆瓦光伏组件的生产能耗，可根据统计周期内的光伏组件生产用电量和光伏组件产量计算得到。
3.2.3 环境属性指标
产品的碳足迹是指产品全生命周期内温室气体排放量和清除量的总和，以二氧化碳当量表示，其仅考虑气候变化单一维度下的环境影响因素。而EPD 除了碳足迹数据之外，还披露了酸化、水体富营养化和自然资源枯竭等影响环境的综合信息[12]。光伏组件碳足迹根据ISO 14067:2018《Greenhouse gases—Carbon footprintof products—Requirements and guidelines forquantification》进行计算，并出具报告；EPD根据GB/T 24025—2009《环境标志和声明Ⅲ型环境声明原则和程序》进行计算，并出具报告或证书。
3.2.4 品质属性指标
标准测试条件(STC) 下，受照光伏组件的最大输出功率与入射到该光伏组件总面积上的太阳辐照度的百分比；光伏组件输出功率衰减率是通过在STC下对光伏组件进行输出功率衰减测试，然后根据衰减测试前后的输出功率计算得到。
3.3 光伏组件绿色属性保证能力的关键要素研究
在对光伏组件进行绿色产品认证时，对其绿色属性保证能力的关键要素进行确认是另一个需要重点关注的内容。
开展现场检查时，除了要验证产品的一致性之外，更重要的是需从产品绿色属性关键影响因素的识别和管控、设计开发环节的控制、关键部件的采购和控制，以及生产过程控制和其他这4个方面，确认产品的绿色属性保证能力的关键要素是否满足认证依据标准的要求。
1) 产品绿色属性关键影响因素的识别和管控。应确认工厂是否进行了产品全生命周期内绿色属性关键影响因素的识别、评价和控制，是否建立了关键影响因素清单，是否配置并有效使用了安全保障装置、监测计量设备、污染处理设备。
2) 设计开发环节的控制。应确认工厂是否在设计开发环节确定了产品的绿色属性评价指标并使其满足相关要求，是否对产品的技术参数、结构、关键部件、加工工艺、过程控制等提出了相应要求。
3) 关键部件的采购和控制。应确认工厂是否将绿色属性评价指标传达给关键部件供应商，是否在关键部件入厂验收时控制了其绿色属性评价指标。
4) 生产过程控制和其他。应确认是否识别并控制了光伏组件生产时对绿色属性评价指标能够产生影响的关键过程，是否实施了质量检验，是否对变更实施了有效管理，是否规范使用了认证标志和证书。
4 认证实践中的问题探讨
4.1 输出功率衰减率验证方法的选择
光伏组件输出功率衰减主要包括光致衰减、电势诱导衰减和材料老化衰减3 种。
1)光致衰减是指在光照或注入电流条件下，硅片中掺入的硼会和氧复合产生硼氧复合体，从而降低了太阳电池的少子寿命。光伏组件在投入使用的初期出现光致衰减( 即初始光致衰减) 后，其输出功率会先大幅下降，然后趋于平稳。文献[13] 通过对比测试，发现在光伏组件封装前对太阳电池进行光照，光致衰减会导致光伏组件的I-V 曲线出现阶梯状，造成光伏组件的整体输出功率降低；而通过太阳电池分选，保证太阳电池中硼、氧元素含量正常，并通过分档保证太阳电池输出功率一致，可以有效改善光伏组件的初始光致衰减。文献[14] 通过试验方法分别研究了单晶硅和多晶硅光伏组件的初始光致衰减，研究结果表明：在室内稳态模拟器累计辐照量为14 kWh/m2 时，单晶硅光伏组件的初始光致衰减率达到稳定状态；而在室外曝晒且短路的情况下，累计辐照量达30 kWh/m2 时，单晶硅光伏组件的初始光致衰减率才达到稳定状态。由此可知，单晶硅光伏组件室内的初始光致衰减程度略小于室外时。多晶硅光伏组件的初始光致衰减率变化趋势与单晶硅光伏组件的基本一致，但其初始光致衰减率明显小于单晶硅光伏组件的初始光致衰减率。此外，从该文献的其他试验数据还可以看出，无论是选择室内稳态模拟器试验还是室外曝晒试验，光伏组件在短路状态下的光致衰减率均较大；且通风条件越差，光致衰减越明显。
2) 电势诱导衰减是因光伏组件边框和光伏支架接地后与太阳电池之间形成了电势差，导致光伏组件封装材料中的阳离子( 可能主要是钠钙玻璃中的Na+ 或EVA 胶膜中的H+ ) 漂移并富集于太阳电池表面，吸引电子并加速电子和空穴复合，从而造成光伏组件输出功率降低。电势诱导衰减分为漏电流型、极化型和腐蚀型3 种类型。光伏组件一旦出现电势诱导衰减，其会在短期内出现大幅的输出功率衰减[15]。此外，由于电势诱导衰减会导致太阳电池串两端与光伏组件边框之间的偏压较大，因此输出功率衰减通常是从光伏组件内靠近边框的太阳电池开始，在电致发光(EL) 图像中，这片太阳电池呈现整片的发黑现象。文献[16] 分析了不同类型光伏组件的电势诱导衰减产生机理，结果表明：从太阳电池层面来看，可通过调整工艺来增大SiNx减反膜的折射率，从而降低光伏组件的电势诱导衰减；而从光伏组件层面来看，可通过选用高电阻率的EVA 胶膜、背板材料，高密封性的丁基胶，以及抗电势诱导衰减的玻璃( 比如：石英玻璃、硼硅酸盐玻璃或化学钢化玻璃) 来有效降低光伏组件的电势诱导衰减。
3) 材料老化衰减主要是指因光伏组件的封装材料受紫外和湿热环境影响，致使其老化，从而产生的输出功率衰减。光伏组件封装材料老化的外在表现是EVA胶膜老化变色和背板老化失效。文献[13] 通过进行1000 h 湿热测试发现，EVA胶膜的黄变指数与光伏组件的输出功率衰减率呈正相关；通过进行紫外老化测试发现，光伏组件使用不含氟背板时的输出功率衰减率明显大于其使用含氟背板时的输出功率衰减率。该文献进而指出，选用耐湿热和耐紫外性能好的EVA 胶膜和背板，可以降低光伏组件的材料老化衰减。文献[17] 研究得出：变黄的EVA 胶膜在350～1100 nm 波长范围内有较高的透过率，从而使太阳电池表面因空气、湿气等的侵蚀而出现氧化、腐蚀等情况，导致光伏组件的输出功率出现衰减。
光伏组件输出功率衰减的验证方法一般有实验室测试、户外实证和光伏电站现场检测3种方法。
采用实验室测试方法时，主要依据IEC 61215-1: 2021《Terrestrial photovoltaic (PV) modules—Design qualification and type approval—Part 1: Testrequirements》进行验证。1) 验证光致衰减时，根据IEC 61215-1: 2021 中的曝晒测试(MQT08)，在60 kWh/m2 辐照量的室外曝晒光伏组件，从而验证光伏组件的抗光致衰减性能。2) 验证电势诱导衰减时，根据IEC 61215-1: 2021 中的电势诱导衰减测试(MQT21)，在温度为85 ℃、相对湿度为85% 的条件下，将光伏组件正负极短接后，边框连接高压加载设备正极，然后施加额定的系统电压，施加时间为96 h，但也可提高至192 h，从而验证光伏组件的抗电势诱导衰减的能力。3) 验证材料老化衰减时，依据IEC 61215-1: 2021中的测试序列C，对光伏组件进行15 kWh/m2 紫外辐照量预处理，然后进行1000 次动态机械荷载循环、50 个热循环、10 个湿冻循环，验证光伏组件封装材料的抗老化衰减性能。
采用户外实证方法时，通过测试实证试验前后光伏组件修正到STC工况下的峰值输出功率，计算得到光伏组件输出功率的年衰减率；实证试验时长以1 年作为1 个周期，实证时间应至少为1 个周期。
采用光伏电站现场检测方法时，需对实际运行1 年后的光伏组件进行现场输出功率测试，并将其修正到STC 工况下，然后通过与光伏组件的标称功率对比，计算得到光伏组件的输出功率衰减率。
上述3 种光伏组件输出功率衰减的验证方法有各自的优缺点，下文进行具体分析。
实验室测试方法因标准统一，测试方法相对权威，且其本质属于加速老化测试方法[18]，通过这些测试更能反映光伏组件的抗老化能力；但其存在不能模拟多种环境应力综合作用于光伏组件的情况。户外实证方法能够相对真实地反映光伏组件在实际环境下的抗衰减性能；但其测试周期过长，无法适配光伏组件的技术更迭周期，并且通过户外实证得出的结论具有显著的地理区域局限性[19]，而光伏组件输出功率衰减率的测试结果要求适用于广泛区域。
光伏电站现场检测方法具有快速、高效的特点，但同时也受限于测试精度、环境条件等测试条件，并且该方法的光伏组件输出功率衰减率是基于光伏组件标称功率得出 [20]，准确性较差。
认证机构应在综合考虑各种验证方法的优缺点基础上，结合光伏组件输出功率衰减率的评价要求，选择合适的验证方法。
4.2 碳足迹和EPD 评价分析
碳足迹和EPD 都是在ISO 14040: 2006《Environmental management—L i f e c y c l eassessment—Principles and framework》和ISO14044: 2006《Environmental management—Lifecycle assessment—Requirements and guidelines》提供的方法基础上制定的针对具体产品的产品类别规则，可据此对产品进行生命周期评价(LCA)量化分析，量化分析阶段包括原材料获取、产品制造、运输、使用、废弃回收等阶段。
光伏组件制备过程中，层压工序和串焊工艺的环境影响因素较少，前者主要是废气排放，后者主要是焊接时的废弃物排放；而硅片和太阳电池生产时的各类环境污染物排放相对较高[21]，比如：工业硅冶炼过程的二氧化硅、粉尘、一氧化碳排放，硅片切割时的废水排放，以及太阳电池制备工艺中的酸性、碱性和有机废气排放。碳足迹和EPD 除需计算上述直接排放的有害气体外，还需计算光伏组件生产厂家因外购电力、热力等产生的温室气体排放。
目前某些国家将碳足迹作为了构建绿色贸易壁垒的工具，比如：美国和法国均针对进口的光伏组件制定了市场准入的碳足迹门槛[22]。而中国国内开展光伏组件碳足迹则主要停留在认证机构或企业的个体行为，各认证机构或企业自行制定产品类别规则并进行LCA 分析，然后出具碳足迹的结果。但这有可能导致碳足迹结果存在较大差异，比如：同样是针对双玻光伏组件，文献[23] 的计算结果中，光伏组件碳足迹构成占比最高的前3 个环节分别为太阳电池生产( 含硅料、硅片制造)、光伏玻璃生产、铝边框生产，占比分别为84%、3%、3%；而文献[24] 给出的计算结果同样是上述3 个生产环节，基本上证实了这3 个生产环节确实对光伏组件的碳足迹结果起到主导作用，但其对应的占比却分别为76.93%、11.44%、8.01%。即使考虑到太阳电池光电转换效率和光伏组件标称功率差异造成的影响，但从如此大的碳足迹结果差异仍可以看出，不同产品类别规则下的计算结果不具有可比性。
造成上述问题的原因主要包括：1) 缺少统一的产品类别规则。不同的产品类别规则文件中数据的质量控制要求差异、生命周期模型的差异、工作人员的水平差异等因素都会造成不同程度的计算结果误差。2) 实际计算时对光伏组件各生产环节的追溯程度不同。由于光伏组件碳足迹影响环节主要在太阳电池及硅片环节，对硅片制备前的环节追溯的越充分，追溯的供应链层级越多，越有利于得到更准确的碳足迹结果。若不能有效追溯，可能需要选择国际商业数据库中各生产环节产品的背景数据来替代；且各生产环节产品的技术、生产时间、地理代表性等信息若不能得到保证，则同样会对计算结果造成影响。3) 本土数据库缺失或建设滞后。当计算中必须用到的活动水平数据只能从国际商业数据库中选择背景数据时，由于这些数据相对陈旧，已不能有效代表中国国内的实际情况，可能导致计算结果明显高于实际情况。
EPD 是基于GB/T 24025—2009 进行的产品全生命周期内环境影响因素的综合信息披露，与碳足迹可以直接披露不同，EPD 需要经过独立机构或个人的第三方审核[25] 后，再在相应的EPD体系内注册。目前，EPD 在国外拥有一定的发展基础，同时存在多个EPD 体系，且有些体系之间实现了互认；但国内的EPD 则处于刚起步阶段。
认证机构开展光伏组件绿色产品认证时，对碳足迹和EPD 的采信应当关注以下3 个方面：1) 碳足迹证明文件是否由专业机构出具，或是否由专业机构进行了核查或认证；2) LCA 量化分析是否贯穿太阳电池甚至硅片的原材料环节，且数据是否可靠；3)EPD 是否经过验证并有效注册。若上述3 个方面的内容均满足要求，则认证机构可据此制定光伏组件的环境属性指标评价办法。
5 结论
本文对绿色产品认证制度的演进进行了梳理，解析了光伏组件产品的绿色属性，研究了其绿色认证关键技术，并对认证实践中存在的问题进行了探讨。得到以下结论：
1) 光伏组件绿色产品认证关键技术包括绿色属性评价指标符合性验证方法和绿色属性保证能力关键要素的确认，后者重点体现在产品绿色属性关键影响因素的识别和管控、设计开发环节的控制、关键部件的采购和控制，以及生产过程控制和其他这4 个方面的确认。
2) 实验室测试、户外实证和光伏电站现场检测都可以直接或间接验证光伏组件输出功率衰减率，各具优点和局限性，认证机构应结合实践选择合适的验证方法。
3) 认证机构开展光伏组件绿色产品认证时对碳足迹和EPD 的采信应当关注碳足迹证明文件是否由专业机构出具，或是否由专业机构进行了核查或认证；LCA 量化分析是否贯穿太阳电池甚至更上游的原材料环节，且数据是否可靠；EPD 是否经过验证并有效注册。
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