致力于全球南部离网太阳能电子垃圾的修复研究议程

离网太阳能(OGS)产品的销售——以太阳能灯和小型太阳能家庭系统(SHSs)的形式——在过去十年中在全球南方经历了前所未有的繁荣。仅在2019年，就售出了超过3500万件太阳能产品(相当于约17.5亿美元的销售额)，与2010年的20万件产品的销售额相比急剧上升(图5)。1）¹．在某种程度上，这种繁荣是由这些系统组件价格的迅速大幅下降所推动的，这导致了全球南方OGS私营行业的建立²自2010年以来，OGS行业已经吸引了超过20亿美元的投资(股权和债务)^3.，4．

该领域的一系列OGS初创公司主要在东非成立，并日益将业务扩展到全球南部其他能源匮乏的地区，包括更广泛的撒哈拉以南非洲、南亚、东南亚、南太平洋和拉丁美洲^5，6．这些公司倾向于利用一系列金融和技术创新，促进太阳能产品在全球南部的“最后一英里配送”。太阳能灯最初主导了该行业的销售(自2010年以来售出的2亿OGS产品中估计有1.6亿盏);然而，预包装的SHSs正变得越来越突出(自2010年以来售出了4000万台)。⁷．早期，这些SHSs是基本的——包括几盏灯和一个手机充电插头。然而，自2016年以来，它们变得更加复杂，通常包括收音机、电视机和风扇。

门罗所说的全球南方私营部门驱动的“光伏转向”是一个引人注目的维度⁸OGS被誉为应对联合国可持续发展目标7 (SDG7)中能源贫困的重叠挑战以及适应气候变化和脱碳的关键手段⁹．正如帕特森和斯特里普所说，就碳抵消市场而言，“绿色”技术的良性品质在新型环境市场的构建中至关重要¹⁰．以类似的方式，太阳能技术，尤其是OGS技术，通常被编码为明确的道德上的好¹¹．然而，随着这种脱离电网的电力推广和接入的必胜故事的出现，太阳能垃圾的完全模糊的故事已经变得明显起来^11，12．正如克罗斯和默里指出的那样¹²在美国，近年来非洲OGS市场一个被忽视的社会文化和政治层面是，当这些太阳能技术崩溃时会发生什么。

使这个问题更加突出的是，许多，甚至可能是大多数，在全球南部销售的太阳能产品被描述为“仿制、山寨和假冒(光伏)产品”。¹³他们的工作年限通常只有几年。即使是品牌，小规模的太阳能产品通常也只有一年的保修期，预期使用寿命为三到四年^12，14．因此，预计全球南方离网太阳能电子垃圾(SEW)处理的增加“可能是一项有前途的创新的黑暗面”。²这是几年前就有人预测到的问题¹⁵．

自2010年以来，全球售出了2亿件产品(及相关设备)，在这一阴影下，由于OGS产品的去中心化特性，全球南方的许多国家都无力应对一波浪费¹⁶．虽然全球北方的太阳能供应商和投资者最近才开始采取行动管理电子垃圾，但他们往往销售更大、更昂贵的太阳能系统，工作寿命约为25年，并在监管框架相对较强的环境下运行，包括质量标准和废物管理基础设施。在全球南方销售的OGS产品，包括光伏(PV)、电池(铅酸和锂)和灯，含有“各种危险物质，如铅、镉、汞和硫酸，可能对人类和环境造成严重的不利影响”。²．鉴于危险废物的地理位置不成比例地影响到贫穷和边缘社区¹⁷在美国，如果不解决太阳能废物问题，它们可能会在破坏可持续发展目标10(减少不平等)和可持续发展目标12(负责任消费)以及与健康和水有关的目标方面发挥作用。

在这个视角中，我们分析了全球南方OGS部门的动态及其对SEW的影响。我们特别关注影响该部门运作方式的政治经济学，以及这最终在解决太阳能浪费方面带来的结构性挑战。

全球南方OGS行业的一个关键参与者是全球离网照明协会(GOGLA)，这是一个独立的、非营利性的行业协会。GOGLA成立于2012年，有180多名成员，为他们提供建议和支持。与世界银行合作，GOGLA还主办了全球离网太阳能论坛和博览会。2020年内罗毕论坛和博览会吸引了1500多名参与者。

谷歌将全球南方OGS产品大致分为附属和非附属两类^1，18，19．附属太阳能产品，约占30%的市场份额^1，14在美国，这些产品往往是明确的品牌产品(即销售一个品牌名称)，通常由顶级行业机构(例如Verasol)认证，由私营企业销售，这些企业拥有完善的网站，宣传和营销它们的业务，通常围绕绿色技术和解决能源贫困进行宣传。除了产品开发之外，这些新成立的公司还经常采取战略来资助和促进其销售，它们的整个业务通常得到国际投资的支持^4，20.．他们倾向于将自己的工作框定为社会企业:解决社会(例如能源贫困)和环境(例如气候变化)问题的市场化举措^{11，21，22，23}．这些公司吸引了20多亿美元的国际投资，主要来自影响力投资者。然而，该行业仍处于萌芽阶段。在南半球分布OGS项目的公司中，盈利的很少;相反，当前业务往往通过债务和股权投资获得资金，这使得长期财务可持续性成为整个行业面临的严峻挑战^4，24．Mobisol公司就是这种挑战的象征。它在东非销售OGS产品，被许多人视为早期的成功故事²⁵他被框定为营利性企业领域的明星之一²⁶．2019年，Mobisol申请破产⁴．

与这一投资者支持的光伏产业并行的是，全球南部出现了另一个太阳能市场。这个市场包括销售被谷歌和照明全球公司称为独立产品的产品¹．这些没有品牌的产品与附属的太阳能产品分销链一起激增，被五金店、街头小贩和非正式供应商出售^{27，28，29，30.}．它们的设计通常来自附属的太阳能产品，以更低的价格出售，质量也更模糊²³．他们的存在是巨大的。尽管他们交易网络的性质相当难以捉摸，但据业内估计，这个独立的太阳能市场的规模可能高达72%的太阳能产品销售¹．此外，正如下文所讨论的，它们在全球南方市场的移动是独特的，为解决太阳能电子垃圾带来了额外的挑战。因此，全球南部OGS部门是复杂的、多方面的和地理上分散的。

鉴于这一挑战，值得注意的是，目前在全球南部解决SEW的努力主要集中在启动回收计划，而不是这些设备的潜在可修复性。随着与SEW相关的问题产生了越来越多的公众、非政府组织(NGO)和批评的审查³¹，主要的行业参与者已制定了一系列回收和产品管理计划。例子包括卢旺达的废物管理公司Enviroserve和尼日利亚的欣克利回收公司的工作，每家公司在2019年收集了约85吨太阳能电子废物，作为全球LEAP奖太阳能电子废物挑战的一部分³²．

这些都是对SEW的重要回应，但研究表明，它们走得还不够远，因为它们的覆盖范围是有限的，而且最终，它们依赖于相对昂贵的基础设施和物流操作来收集废物。重要的是，这些回收项目也很大程度上集中并依赖于已有的太阳能分销商进行产品回收。事实上，最近关于电子部门扩大生产者责任的研究表明，这些自上而下的办法有时会使非法、成功和更本地化的非正式修理和翻新经济边缘化^33，34．相比之下，正如我们下文所述，修复是解决太阳能电子垃圾的一种更显著的方法，因为它在电子垃圾流中更早地处理电子垃圾，它可以为进行修复的社区提供经济效益，它可以通过更分散的基础设施和投资运行，使其成为更大问题的潜在可扩展解决方案。

最近国际上为提高消费电子设备，特别是离网电器的可修理性和互操作性所做的努力一直是持续的行动主义和倡导活动的焦点，并最终在知识产权和消费者法律中采用了“修理权”条款³¹．然而，值得注意的是，在全球范围内采用修理权条款的情况并不均匀³⁵．与此同时，最近的学术研究强调，在全球北方普遍实行的修理权规定，可能会使整个非洲普遍存在的地方协调的修理和再利用文化黯然失色³⁶．这项工作表明，实现全球南方的“修理权”，特别是在SEW的背景下，需要对政治和经济动态如何影响OGS市场有批判性的理解。

在接下来的章节中，我们关注OGS市场的四个结构性挑战，这些挑战对全球南方的SEW有直接影响。第一个问题集中在附属和非附属OGS产品之间的竞争所造成的浪费。第二和第三个挑战分别集中在制造商的黑箱技术和封闭专有硬件生态系统的推广的SEW影响上。第四个挑战强调了OGS市场中最后一英里分发的特点，以及这对SEW问题的意义。

附属竞争与非附属竞争

附属和非附属太阳能产品之间的竞争是OGS市场的核心动力，也是全球南部SEW的关键驱动因素。尽管太阳能电池板和电池的生产成本在过去十年中大幅下降，但独立产品仍然主导着大多数OGS市场¹．对于能源匮乏的家庭来说，独立的太阳能产品具有明显的优势，被认为比昂贵的同类产品提供更大的价值^18，27，28．这对迅速发展的SEW问题有重大影响。总的来说，ogs部门销售附属太阳能产品的公司在GOGLA的支持下，在实施自愿的太阳能废物计划方面有些积极³⁷．由于附属产品的分销商倾向于将自己定位为社会企业，这些努力可能是由一系列道德和声誉义务驱动的——对消费者、金融家和合作伙伴¹¹因此，他们开始着手解决SEW问题³⁸．相反，独立的产品，往往通过第三方分销商的扩散网络销售，没有直接参与到SEW计划中。鉴于它们构成了OGS产品销售的大部分，谁对由此产生的SEW负有责任的问题显得尤为突出。

SEW的扩散主要集中在全球南部国家，这些国家缺乏处理电子垃圾的基础设施和机构能力，这表明当地监管机构不太可能解决这个问题³⁹．考虑到独立OGS产品的主导地位，这种情况尤其严重，这些产品往往达不到当前的监管质量标准和最低保修要求，突显出监管执法能力有限。鉴于无关联的太阳能产品无处不在，关联公司也担心，设计不良的监管框架可能导致它们的业务面临来自不合规分销商的不公平竞争，或承担管理无关联产品浪费的成本，迫使它们提高价格，从而降低竞争力¹．这些动态突出了依赖市场力量或政府政策来解决SEW的局限性。

黑盒技术

技术黑箱是OGS行业的常见做法，尤其是在附属制造商之间⁴．OGS产品往往依赖于消费电子设备中普遍存在的设计技术，包括使用专有螺丝和防篡改设计布局，旨在限制第三方访问和维修。此外，许多OGS产品使用了难以在当地获得的零件。这些设计策略通常是合理的，以确保质量和保持产品保修期。然而，OGS产品设计不灵活的一个更重要的因素可能是这些设备与现收现付(PAYG)技术的集成方式，这种技术在附属产品中越来越多地使用^40，41，42．PAYG技术的核心是分销商能够根据用户的支付状态远程启用或禁用他们的系统。可以理解的是，相关的生产商和分销商认为用这种远程锁定技术保护干扰是至关重要的⁴³．它日益成为它们降低运营成本和更好地与独立产品竞争的关键所在。因此，附属产品的有限可修性对SEW有直接影响，特别是在全球南部非正规维修普遍存在的情况下^14，44．这也可以解释为什么不相关的太阳能产品可以被视为提供更大的价值。尽管不相关的太阳能产品可能会——但并不总是如此^27，28——虽然质量和耐用性较差，但在能源匮乏的家庭往往依赖的非正规维修市场上，它们往往更容易修理或升级¹⁴．然而，低劣的产品质量，以及非正式技术人员在修复封闭/黑箱设计OGS产品方面有限的技能和经验，意味着大量不相关的产品可能最终成为SEW。

有迹象表明，OGS市场的附属层认识到提高可修性和延长产品寿命的重要性。全球飞跃奖为寻求改善可修复性、升级循环或回收太阳能组件的公司提供了认可和资助。Acceleron就是一个例子，该公司试图通过将报废电池升级为新的低成本电池，来推进锂离子电池的循环经济³⁷．与此同时，还有SolarWhat?!和Kuyere !他们试图破坏行业规范。SolarWhat ? !自称“支持太阳能，反对浪费”，使用开源硬件生产太阳能系统，可修复、可重复使用和可回收⁴⁵．与此同时,Kuyere !”s emphasis is on creating battery-free OGS systems. The use of capacitors, Kuyere! claims, allows for lower cost and reduced SEW while also providing economic empowerment through more localized assembly⁴⁶．然而，这些方法仍然被认为是激进的举措，并不能反映行业的更广泛的动态。

封闭的专有硬件生态系统

与OGS行业内的技术黑箱相关联的是封闭的专有硬件生态系统。大多数OGS系统通过提供全包即插即用系统来区分自己。这些系统作为集成系统提供给消费者，安装时几乎不需要什么技术知识。这与独立的太阳能产品相比是有利的，后者往往作为独立的组件出售(例如，太阳能电池板或电池)，需要技术人员(或表面上的技术技能)来安装。然而，这些关联的即插即用系统也具有有限的互操作性⁴⁷．这意味着，可以与这样的太阳能系统使用的电缆和电器往往是品牌或制造商特定的。硬件(端口和电缆)和软件(数字握手)的结合允许相关制造商和分销商培育封闭的硬件生态系统⁴⁸．这在确保质量和可靠性方面是合理的，例如防止使用质量低劣或与其系统不兼容的产品。然而，也有人认为，这些措施确保了一个品牌生态系统，允许分销商和制造商从追加销售零部件和电器(例如，电视、冰箱和风扇)中获利。这种做法极大地限制了消费者的选择，造成了浪费的重复，并限制了太阳能商品，特别是太阳能电器二手市场的建立⁴⁸．相比之下，独立的太阳能产品倾向于为用户提供使用多种组件或设备的灵活性。再一次，我们看到了行业中关联与非关联的动态如何为全球南部的SEW带来各种影响。

地理位置分布

最后一英里分销是相关太阳能产品的生产商、分销商和融资方的主要关注点。尽管这一阶层的社会企业资质似乎依赖于其为农村家庭提供电气化的能力，但人们也普遍承认，农村家庭是最昂贵和最具挑战性的¹．在过去十年中，为解决全球南方OGS市场所带来的地理和后勤挑战，已投入了大量资源⁴．这包括拨款和供应方补贴，以消化最后一英里配送的成本⁴⁹．考虑到这些成本，从最后一英里的地点收集SEW的财务可行性是值得怀疑的。由于SEW在越来越多的农村家庭和村庄中稀疏分布的趋势——很少在一个地方发现大量的SEW，这些成本更加严重^16，50．这些分布地域也突出了农村贫困人口将不成比例地承担SEW的负面社会和生态影响的可能性。

我们回到谁为消费不相关的太阳能产品产生的SEW负责的问题。尽管层层的进口商和供应商确保了独立产品在最后一公里有更好的覆盖范围，但这也有模糊和分散责任的效果。考虑到非附属公司的激烈价格竞争和最后一英里到达的成本，附属太阳能公司不太可能有兴趣收集非附属的SEW，除非有可观的财政支持或激励措施到位^12，32．由于国家废物管理系统薄弱，又缺乏当地的SEW回收设施，附属分销商将需要消化收集、仓储和运输SEW到海外加工的成本——这些成本最终将反映在更高的消费价格上，进一步降低附属产品的竞争力，或呼吁投资者和债权人提供更多的资金。

尽管OGS市场的附属层和非附属层之间存在显著差异，但我们的分析强调了驱动SEW问题的共同结构性挑战。这些挑战的核心是市场导向型方法特有的，它们依赖于加速消费循环来盈利。在这种范式中，产品寿命短、黑盒技术、封闭硬件生态系统和产品寿命结束时的有限管理是实现竞争优势的标准化手段。事实上，即使是社会企业的初创企业也有他们解决SEW的选择受到他们的财务底线或供应商的财务底线的限制。这种情况尤其严重，因为在大多数情况下，关联公司尚未盈利;事实上，他们通过债务和股权为自己的运营提供资金。因此，我们认为，由行业主导的解决SEW的自愿计划不太可能实施重大的结构变化。

更广泛地说，SEW问题表明了严重依赖购买OGS产品作为解决能源贫困手段的能源政策的有害后果。这在全球南方的情况下尤其如此，因为这些国家的设施不佳，无法管理由此产生的SEW的涌入。尽管这些产品确实为能源贫困地区提供了使用(有限的)电力的机会，但为实现这一目标而必须使用的数以百万计的短命产品所投下的阴影需要引起高度重视。总的来说，由于SEW的糟糕实践，全球南方OGS部门的绿色认证是非常值得怀疑的——这些离网产品的寿命缩短(1到4年)意味着它们的浪费影响，以及制造和分销中使用的能源，破坏了与它们的可再生能源地位相关的环境效益。

鉴于这种情况，需要对全球南部SEW相关的潜在修复维度进行更关键的研究。我们确定了未来研究需要关注的三个关键领域，以帮助更大程度地关注作为延长OGS产品寿命手段的维修。表格1就这些问题如何与我们在上面确定的离网部门的SEW的四个挑战相关联和解决方面提供了一个细分。

首先，SEW产品在全球南部的地理位置是什么?除了一些明显的例外^12，51在美国，人们明显缺乏对OGS产品在死后实际发生的情况的详细研究。其中一些数据——尤其是约30%的太阳能相关产品——可能是该行业的离网初创公司所知道或记录的，这些公司经常用金融科技软件跟踪其产品，作为偿还机制的一部分⁵²．然而，除此之外，还需要更详细的实地人种学研究，特别是了解SEW流动的重要性如何与一系列社会和经济地理相纠缠。正如克罗斯和默里观察到的那样¹²在美国，离网产品一旦停止工作，就会显示出“围绕处置、储存、检索、修理和返工的一系列社会、文化和经济活动”。SEW的地点和内容最终会对如何处理SEW产生影响。还有一个关键的正义维度——在什么样的金融制度下(例如，现收现付金融，现金销售)，谁可以使用哪种类型的太阳能产品(例如，附属的，非附属的)，以及什么样的消费者权利(例如，保证书)?在更细致入微的情况出现之前，任何解决SEW的政策计划都可能被误导或无效。

第二，是什么阻碍了离网太阳能部门进行可修复设计?正如我们上面所说的，OGS公司销售附属太阳能产品的黑箱技术和封闭的专有硬件生态系统的广泛使用与可修复性是对立的。令人鼓舞的是，GOGLA最近发布了一份关于该部门互操作性的白皮书，承认了封闭的专有硬件生态系统带来的问题，并就如何在OGS部门中实现连接器、电气组件和固件的更大标准化提出了一系列建议⁵³．然而，由于GOGLA是一个行业代表(而不是倡导)机构的角色，该论文非常谨慎，两次声明GOGLA“不提倡或期望OGS(离网太阳能)生态系统中的所有公司专业化和可互操作”。⁵³谷歌意识到，许多OGS太阳能公司可能不愿意改变他们围绕产品设计的做法。因此，需要对OGS产品的上游进行大量的研究，以了解当前的障碍和潜在的途径，在该部门进行更大的可修设计，研究直接涉及OGS公司的工作人员，以及他们的财务支持者。这应该包括关注他们如何合理化他们对可修复设计的抵制，这与他们将其操作置于背景中的“道德善”叙事相冲突。

最后，本地(和非正式的)SEW修复的当前能力和挑战是什么?初步研究表明，随着SEW的兴起，当地和非正式的维修区域已经出现^12，14，54．当地的维修人员通常从事电子产品维修(例如汽车电池、收音机等)的业务，他们的工作也经常扩展到太阳能设备的维修。然而，在SEW的背景下，当地修理工的程度、分布、能力和当前的影响在很大程度上是未知的。什么样的OGS产品最终在当地的修理店，如何结束?哪些产品本地修理工可以轻松修理?他们纠结于什么产品，为什么?在知识、工具和备件方面存在哪些差距，从而限制了本地维修作为解决SEW的一种手段的潜在扩展?SEW的本地化维修解决方案显然在全球南方以某种形式存在，但需要研究以了解增加和扩展这些维修地域、网络和实践的机会。

从这个角度来看，我们已经详细介绍了全球南部地区小型OGS产品的销售和使用的迅速增长，是如何最终留下了一个关键的SEW问题，而许多国家没有足够的装备来解决这个问题。此外，我们还研究了OGS行业的政治经济——负债的初创企业、附属和非附属产品之间的紧张关系、糟糕的可修复设计实践(例如，黑箱、封闭的适当技术)和OGS的稀疏分布地理，如何在行业内解决SEW的一系列结构性问题。因此，我们认为，以自愿行业为主导的解决SEW的倡议不太可能对浪费问题产生重大的结构性变化。随后，我们展示了一种潜在的减少SEW流量的方法，它存在于全球南部已经存在的当地维修文化中。然而，要使这些研究产生更大的影响，需要进行更有针对性的研究，以更好地理解OGS部门中可修复设计障碍的上游问题，以及与SEW在全球南方的地理分布有关的下游问题，以及塑造当地SEW修复能力的当前能力和挑战。