超越回收技术：面向报废屋顶光伏系统循环管理的制度协调

《Sustainable Production and Consumption》：Beyond recycling technologies: Institutional coordination for circular management of end-of-life rooftop photovoltaic systems

　　

•退役屋顶光伏被重新界定为城市治理挑战，而非单纯的回收问题。
•三方演化博弈模型捕捉了政府、企业和居民之间的动态互动。
•1.3–1.7美元/的补贴以及6:4或7:3的收益分成更有利于实现稳定合作。
•该研究为加强城市分布式光伏系统的循环治理提供了政策依据。

引言
全球向低碳能源系统的转型加速了太阳能技术的大规模部署，特别是屋顶光伏，其正日益融入分布式能源系统和建成环境（Gao等，2024a；Gao等，2024b；Chao等，2024；Nijsse等，2023；Gao，2021；Kurtz等，2017）。作为可再生能源基础设施的代表性形式（Wang等，2023a），屋顶光伏系统有助于建筑脱碳（Shaughnessy等，2024；Porse等，2020），减少对传统电力供应的依赖，并支持更广泛的能源转型路径（Yang等，2020；Malode等，2024；Zhang等，2024a）。然而，光伏部署的快速扩张也带来了新的生命周期可持续性问题，特别是退役面板数量的不断增加以及缺乏有效的收集、回收和循环管理系统（Xu等，2018；Wang等，2022a）。光伏组件含有大量有价值的材料，包括硅、银、铝和铜（Jadhav等，2024；Preet and Smith，2024；Ndalloka等，2024；Sah and Kumar，2024），而硅基面板的主导市场份额进一步凸显了开发可持续退役策略的长期重要性（Belancon等，2023）。若缺乏有效的回收和再利用途径，太阳能技术的大规模部署可能导致资源损失、废弃物负担增加以及额外的环境压力，从而可能削弱可再生能源转型所预期的循环效益（Wang等，2024a；Akhter等，2024；Voznyak等，2024）。国际实践表明，退役光伏管理不仅是回收技术挑战，更是涉及监管框架、生产者责任和经济激励的更广泛循环经济和治理问题。国际可再生能源署（IRENA）路线图、欧盟《废弃电子电气设备指令》以及美国各州新兴项目等举措，通过制度和市场机制展示了推动光伏回收的不同途径。这些经验为探索治理安排如何促进屋顶光伏系统循环路径提供了重要参考。商业用晶体硅光伏组件的预期使用寿命通常约为25至30年；因此，本研究采用25年作为代表性基准服务期，而非通用退役年龄（Wang等，2022a；Ndalloka等，2024；End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels, 2016）。

退役太阳能板的回收既是推进循环资源管理的环境需求，也是资源机遇（Ravilla等，2024；Keerthivasan等，2024；Abdo等，2024；Maghraby等，2025）。通过回收晶体硅（Prasad等，2023）、铝和银等有价值材料，光伏回收可减少废弃物产生，缓解原生资源开采压力，并强化循环经济的材料基础（Grant等，2020；Tsang等，2016）。现有研究在提高材料回收效率方面取得了重大进展。Gao等（Gao等，2024c）使用熔融氢氧化物从废弃硅组件中回收银和硅；Click等（Click等，2024）提出了一种稀硫酸方法，通过避免二次沉淀和电沉积简化了银回收过程；Lin等（Lin等，2024）进一步开发了一种高效的铜和银回收工艺，回收率超过95%。然而，单纯的技术进步并不能保证经济可行且系统性的循环管理。物理分离方法可能存在材料回收不完全的问题，热处理可能产生二次排放，而基于溶剂的工艺则引入额外的废弃物管理挑战。同样，湿法冶金方法虽然对高价值金属回收有效，但常面临化学消耗、废酸处理和运营成本的限制（Rout等，2025）。这些技术和经济约束影响参与收集和回收各行为者的成本、风险和可回收价值，因此为本研究构建的利益相关者收益关系提供了物质和经济基础。

Contreras-Lisperguer等（Contreras-Lisperguer等，2021）开发了晶体硅光伏组件的闭环材料循环框架，并证明循环性需要协同考虑材料回收、系统边界和产品寿命。Opstal和Smeets（Opstal and Smeets, 2023）表明，循环商业模式可以支持太阳能光伏的推广，但其实施取决于可行的商业案例、市场发展和适当的组织条件。Matsuoka等（Matsuoka等，2024）进一步证明，太阳能板循环性的环境表现受到社会经济和物理因素的共同影响，凸显了参数交互和情境差异的重要性。使用生命周期方法，Nordin等（Nordin等，2024）比较了自愿和监管管理策略，发现制度设计影响进入正规回收渠道的组件数量以及由此产生的环境和经济效益。最近，Wang等（Wang等，2025d）量化了中国不同闭环回收场景的经济和环境绩效，并表明回收深度、企业规模和回收材料价值影响路径的可行性。总体而言，这些研究表明，光伏循环性取决于技术性能、经济可行性、制度安排和利益相关者参与的相互作用。基础性研究也为退役光伏管理建立了更广泛的技术和政策基础。McDonald和Pearce（McDonald and Pearce, 2010）指出生产者责任、收集网络和经济可行性是光伏回收的核心挑战。Heath等（Heath等，2020）随后强调，回收系统应在降低环境影响和成本的同时，最大化高价值材料的回收。这些贡献与国际可再生能源署和国际能源署光伏系统计划提供的全球废弃物和回收评估（End-of-Life Management: Solar Photovoltaic Panels, 2016）、Xu等（Xu等，2018）对国际光伏回收实践的分析，以及Majewski等（Majewski等，2021）对产品托管和监管方法的研究形成了互补。在此基础上，本研究聚焦于政府、光伏公司和屋顶居民如何应对生命周期激励并在随时间调整参与策略的行为机制。

最近的研究日益认识到，光伏循环性不仅需要技术创新，还需要支持性政策、循环设计策略和有效的制度安排。Shrestha等（Shrestha and Zaman, 2024）证明，包括赠款、补贴和贷款支持在内的金融工具可以提高退役太阳能板回收的经济可行性。El-Khawad等（El-Khawad等，2022）强调，应在光伏整个生命周期中考虑循环性，通过改进产品设计中的可修复性、翻新潜力和可回收性。Daniela-Abigail等（Daniela-Abigail等，2022）进一步表明，光伏回收可通过减少潜在危害和提高资源利用效率产生环境和经济效益。同时，Majewski等（Majewski等，2021）强调了可持续产品设计和生产者责任制的重要性，并指出需要监管框架来明确回收链中各利益相关者的角色。Rahman等（Rahman and Chowdhury, 2023）进一步呼吁建立专门的政策机制和制度安排以支持有效的光伏废弃物管理。此外，Artas等（Artas等，2023）证明，光伏组件退役管理的不足可能导致环境、健康和经济风险。这些研究共同确定了光伏退役治理的主要制度组成部分，包括财政支持、生命周期责任、产品托管、利益相关者意识和监管协调。这些组成部分为本研究演化博弈模型中行为者选择、战略假设和经济变量的确定提供了依据。

尽管已对光伏回收技术进行了大量研究，但对如何通过异质利益相关者的协同参与实现循环管理系统却知之甚少。这一挑战对屋顶光伏系统尤为显著，因为其分散的所有权结构、多元经济利益和不确定的退役责任在公共部门、企业和居民之间造成了复杂的协调问题。因此，推进屋顶光伏循环不仅需要技术改进，还需要更深入地理解激励结构和制度安排如何随时间影响利益相关者的行为。为弥补这一研究空白，本研究构建了一个涉及地方政府（GOVT）、绿色光伏公司（GPVC）和居民（RI）的三方演化博弈模型，用于退役屋顶光伏管理。该模型通过纳入政府补贴、上网电价、回收补偿、屋顶租赁支付、电力收益分配和全生命周期光伏发电量，将屋顶光伏系统的运行效益与其退役回收责任联系起来。相应地，本研究解决了以下研究问题：RQ1. 地方政府、绿色光伏公司和居民之间的战略互动如何影响退役屋顶光伏系统向协同循环管理的演进？RQ2. 政府补贴、光伏上网电价、回收补偿、屋顶租赁支付和电力收益分享安排如何影响不同利益相关者的参与策略？RQ3. 哪些治理安排能够在支持屋顶光伏系统稳定和情境敏感的循环转型的同时，协调利益相关者的责任和经济效益？通过回答这些问题，本研究不仅旨在解释利益相关者合作是否可能出现，还旨在解释为什么特定的治理配置会促进或抑制这种合作。这些目标决定了以下章节中模型构建、稳定性分析、敏感性分析和治理讨论的结构。

章节片段
退役屋顶光伏的循环治理框架与利益相关者互动
向循环光伏系统的转型需要多个利益相关者在屋顶光伏部署、运营和退役管理的整个生命周期中进行协调（Chao等，2025）。与传统主要关注废弃物收集和材料回收的回收系统不同，退役屋顶光伏管理涉及公共监管、产业参与和用户互动之间的复杂关系。因此，PV模型假设、参数校准与光伏系统特征描述
为探究屋顶光伏系统可能演进至协同循环管理的条件，模型基于选定的中国政策、市场和技术条件，采用一个示例性屋顶光伏场景进行校准。该校准旨在为分析利益相关者反应提供一致的数值设定，而非估算总体参数或建立全国代表性的政策阈值。该数值场景并不构成一

屋顶光伏循环转型的治理路径
本研究表明，退役屋顶光伏系统的管理应被视为涉及多行为者、竞争性经济利益和制度协调的循环治理问题，而非仅仅是回收技术挑战（Akhter等，2024；Shrestha and Zaman, 2024）。现有研究已在材料回收、回收技术开发、生产者责任延伸、补贴设计等方面作出了重要贡献，以及

对研究问题的回应
关于RQ1，演化结果表明，利益相关者的互动决定了屋顶光伏系统是否转向协同循环管理。当政府支持、企业参与和居民参与同时维持时，完全合作配置代表一条稳定的参考路径。相比之下，部分合作场景表明，当企业时，积极的政府干预无法独立维持循环管理。

结论
本研究通过涉及地方政府、绿色光伏公司和居民的三方演化博弈框架，探讨了退役屋顶光伏（PV）管理的治理问题。通过将生命周期效益与退役回收过程相结合，本研究表明，屋顶光伏循环管理不仅是一个废弃物处理问题，也是一个受监管干预、经济激励和影响的利益相关者协调挑战。

作者贡献声明
Yuechao Chao：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。Junfan An：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿。Da Lou：撰写——审阅与编辑。Gang Yao：撰写——审阅与编辑。Yahui Du：撰写——审阅与编辑。Na Deng：撰写——审阅与编辑。Zhihua Zhou：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明
作者声明不存在已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。

Yuechao Chao | Junfan An | Da Lou | Gang Yao | Yahui Du | Na Deng | Zhihua Zhou