Fotovoltaik modüller (Şekil 1) gibi alternatif enerji teknolojileri dünya çapında giderek daha popüler hale geliyor. 2008 yılında dünya çapında ilk kez alternatif enerji kaynaklarına yapılan yatırımlar fosil yakıtlardan daha fazla yatırımcının ilgisini çekti ve petrol, doğal gaz ve kömüre yapılan 110 milyar dolarlık yeni yatırıma karşılık 155 milyar dolarlık net sermaye elde edildi. Güneş enerjisi tek başına 2004 yılında dünya çapında 6,5 milyar dolar gelir elde etti ve 2010 yılı için öngörülen 18,5 milyar dolarlık gelirle bu rakamın neredeyse üç katına çıkması bekleniyor.
Alternatif enerji teknolojileri, kirlilik ve küresel iklim değişikliğine ilişkin artan farkındalık ve endişeler nedeniyle dünya çapında giderek daha popüler hale geliyor . Alternatif enerji teknolojileri, gezegen üzerinde çevresel etkisi daha az olan kaynaklardan faydalı enerji elde etmek için yeni bir seçenek sunuyor. Ama ne kadar az?
Silikon bazlı fotovoltaiklerin net enerji analizine ilişkin daha önce yayınlanmış bir inceleme [1], tüm silikon türlerinin (amorf, polikristalin ve tek kristal) bazlı PV'nin kullanım ömrü boyunca, üretimlerinde kullanılandan çok daha fazla enerji ürettiğini buldu. Tüm modern silikon PV'ler, en uygun olmayan dağıtım senaryolarında bile enerji açısından 5 yıldan daha kısa bir sürede kendilerini amorti ederler.
Bu makale, silikon fotovoltaik (PV) panellerin üretimi ve ömür boyu kullanımıyla ilişkili tüm çevresel etkileri araştırmaktadır.
İçindekiler
Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA) Nedir?
Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (LCA), bir ürünün veya sürecin üretiminden imhasına kadar çevresel etkilerini değerlendirir. [2] Bir LCA, bir ürünü üretmek ve kullanmak için gereken malzeme ve enerji girdilerini, ürünün kullanımıyla ilişkili emisyonları ve imha veya geri dönüşümün çevresel etkilerini araştırır. LCA aynı zamanda bir ürünün üretimi veya kullanımının gerekli kıldığı çevresel hafifletme gibi dış maliyetleri de araştırabilir. [3]
Silikon PV paneli Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi
Aşağıdaki bölüm silikon PV panellerin kısa bir yaşam döngüsü analizini içermektedir. Tartışılan yaşam döngüsü faktörleri şunları içerir: üretim için gereken enerji, yaşam döngüsü karbondioksit emisyonları ve bir PV panelin kullanım ömrü boyunca nakliye, kurulum, işletme ve imhadan kaynaklanan tüm kirlilik emisyonları.
Üretim için enerji gereksinimleri
Fotovoltaik üretimi, kurulu PV modüllerinin ezici bir şekilde enerji açısından en yoğun adımıdır. Şekil 2'de görüldüğü gibi, silika kumunu fotovoltaik plakalar için gerekli olan yüksek saflıktaki silikona dönüştürmek için büyük miktarlarda enerji kullanılmaktadır. PV modüllerinin montajı, yüksek enerji içerikli alüminyum çerçeve ve cam çatı kaplamanın eklenmesiyle kaynak yoğun bir adımdır.
Silikon fotovoltaik modülün çevresel etkisi üç ana bileşenin üretimini içerir: çerçeve, modül ve raf ve invertör gibi sistem dengesi bileşenleri. [3] Sera gazları en çok modül üretiminden (%81) kaynaklanmakta olup, bunu sistem dengesinden (%12) ve çerçeve (%7) takip etmektedir [3 ] . Üretim döngüsünün kaynak gereksinimleri Şekil 3'te özetlenmiştir.
Yaşam döngüsü karbondioksit emisyonları
Yaşam döngüsü karbondioksit emisyonları, fotovoltaik sistemlerle ilgili malzemelerin üretimi, nakliyesi veya kurulumundan kaynaklanan emisyonları ifade eder. Tipik kurulum, modüllerin yanı sıra elektrik kablosunu ve metal bir rafı da içerir. Yere monte fotovoltaik sistemler ayrıca beton bir temel içerir. Uzak kurulumlar, elektriğin yerel elektrik şebekesine iletilmesi için ek altyapı gerektirebilir. Yaşam döngüsü analizi, malzemelere ek olarak, fotovoltaik modüllerin fabrika, depo ve kurulum sahası arasında taşınması sırasında araçlardan yayılan karbondioksiti de içermelidir. Şekil 4, bu faktörlerin, beş tip fotovoltaik modülün ömür boyu karbondioksit etkilerine olan göreceli katkılarını karşılaştırmaktadır. [5]
Ulaşım emisyonları
Taşımacılık, fotovoltaiklerin yaşam döngüsü emisyonlarının yaklaşık %9'unu oluşturur. [5] Fotovoltaik modüller, raflar ve sistem dengesi donanımı (kablolar, konektörler ve montaj braketleri gibi) sıklıkla yurt dışında üretilmekte ve gemiyle Amerika Birleşik Devletleri'ne taşınmaktadır. [6] Amerika Birleşik Devletleri'nde bu bileşenler kamyonlarla dağıtım merkezlerine ve sonunda kurulum sahasına taşınır.
Kurulum emisyonları
Kurulumla ilgili emisyonlar arasında araç emisyonları, malzeme tüketimi ve sistemin kurulmasına yönelik yerel inşaat faaliyetleriyle ilişkili elektrik tüketimi yer almaktadır. Bu faaliyetler, fotovoltaik sistemin toplam yaşam döngüsü emisyonlarının %1'inden azını oluşturur. [6]
Operasyon emisyonları
PV modüllerinin kullanımı sırasında hava veya su emisyonu oluşmaz. Hava hangarları, PV modüllerinin yapımı sırasında fotokimyasal ozon oluşumuna katkıda bulunan solvent ve alkol emisyonlarından etkilenir. Havzalar, kuvars, silisyum karbür, cam ve alüminyum gibi doğal kaynakların çıkarılmasından elde edilen modüllerin yapımından etkilenmektedir. Genel olarak, dünya çapındaki mevcut şebeke elektriğinin merkezi PV sistemleriyle değiştirilmesi, sera gazı emisyonlarında, kirletici kirleticilerde, ağır metallerde ve radyoaktif türlerde %89-98 oranında azalmaya yol açacaktır. [7]
Bertaraf emisyonları
Silikon fotovoltaik modüllerin atılması önemli etkilere neden olmamıştır çünkü büyük ölçekli kurulumlar yalnızca 1980'lerin ortasından beri kullanılmaktadır ve fotovoltaik modüllerin ömrü en az 30 yıldır. [8] Fthenakis ve ark. (2005) [2] özellikle fotovoltaik modüllerin atılması veya geri dönüştürülmesine ilişkin mevcut veri eksikliğini tespit etmiştir, dolayısıyla bu konu daha kapsamlı bir araştırmayı gerektirmektedir.
Diğer enerji kaynaklarına kıyasla fotovoltaiklerin LCA'sı
Fotovoltaik enerji üretimiyle ilişkili toplam yaşam döngüsü emisyonları, nükleer enerjiye göre biraz daha yüksek (2006 itibariyle, bu artık önemli ölçüde azaldı), ancak fosil yakıtlı enerji üretiminden daha düşük. Çeşitli enerji üretim teknolojilerinin yaşam döngüsü sera gazı emisyonları aşağıda listelenmiştir: [3]
- Silikon PV: 45 g/kWh
- Kömür: 900 g/kWh
- Doğalgaz: 400-439 g/kWh
- Nükleer: 20-40 g/kWh
Güneş modülleri 20-30 yıllık kullanım ömürleri boyunca, üretimleri sırasında tüketilenden daha fazla elektrik üretirler. Enerji geri ödeme süresi, bir güneş modülünün, modülü üretmek için kullanılan enerjiyi üretmesi için gereken minimum faydalı ömrü ölçer. Tablo 1'de gösterildiği gibi ortalama enerji geri ödeme süresi 3-6 yıldır.
| Ülke | Şehir | Güneş radyasyonu (kWh/m2) | Enlem | Yükseklik (m) | Yıllık üretim (kWh/kWp) | EPBT | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Avustralya | Sidney | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| Avusturya | Viyana | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| Belçika | Brüksel | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Kanada | Ottawa | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| Çek Cumhuriyeti | Prag | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| Danimarka | Kopenhag | 985 | 55.75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| Finlandiya | Helsinki | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| Fransa | Paris | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| Fransa | Marsilya | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| Almanya | Berlin | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| Almanya | Münih | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| Yunanistan | Atina | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| Macaristan | Budapeşte | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| İrlanda | Dublin | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| İtalya | Roma | 1552 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| İtalya | Milano | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| Japonya | Tokyo | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| Kore Cumhuriyeti | Seul | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| Lüksemburg | Lüksemburg | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| Hollanda | Amsterdam | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| Yeni Zelanda | Wellington | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| Norveç | Oslo | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| Portekiz | Lizbon | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| ispanya | Madrid | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| ispanya | Sevilla | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| İsveç | Stokholm | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| İsviçre | Bern | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| Türkiye | Ankara | 1697 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| Birleşik Krallık | Londra | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Birleşik Krallık | Edinburg | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| Amerika Birleşik Devletleri | Washington | 1487 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Örnekler
Referanslar
- ↑ J. Pearce ve A. Lau, "Silikon Tabanlı Güneş Pillerinden Sürdürülebilir Enerji Üretimi İçin Net Enerji Analizi", Amerikan Makine Mühendisleri Derneği Bildirileri Solar 2002: Güvenilir Enerji Ekonomisinde Gündoğumu, editör R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑ Şuraya atla:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema ve MJ de Wild-Scholten (2005), Fotovoltaiklerin yaşam döngüsü değerlendirmesi: Algılar, ihtiyaçlar ve zorluklar, IEEE Fotovoltaik Uzmanları Konferansı, Orlando, Florida.
- ↑ Şuraya atla:3,0 3,1 3,2 3,3 Fthenakis, V. ve E. Alsema (2006), Fotovoltaik enerjinin geri ödeme süreleri, sera gazı emisyonları ve dış maliyetler: 2004-2005 başı durumu, Progress in Photovoltaics, 14, 275-280 .
- ↑ Şuraya atla:4,0 4,1 4,2 Fotovoltaik elektrik üretiminin yaşam döngüsü değerlendirmesi, A. Stoppato, Enerji, Cilt 33, Sayı 2, Şubat 2008, Sayfa 224-232
- ↑ Şuraya atla:5,0 5,1 5,2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi ve K. Kurokawa (2007), 100 MW'lık çok büyük ölçekli PV (VLS-) için maliyet ve yaşam döngüsü analizi üzerine karşılaştırmalı bir çalışma çöllerde m-Si, a-Si, CdTe ve CIS modüllerini kullanan PV) sistemleri, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Şuraya atla:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi ve K. Kurokawa (2007), 100 MW'lık çok büyük ölçekli PV (VLS-PV) için maliyet ve yaşam döngüsü analizi üzerine karşılaştırmalı bir çalışma ) m-Si, a-Si, CdTe ve CIS modüllerini kullanan çöllerdeki sistemler, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H. ve E. Alsema (2008), Fotovoltaik Yaşam Döngülerinden Emisyonlar. Çevre Bilimi Teknolojisi, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A. ve S. Hegedus (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley, Hoboken, NJ.