Figura 1: Módulos fotovoltaicos de silicio
Las tecnologías de energía alternativa, como los módulos fotovoltaicos (Figura 1), se están volviendo más populares en todo el mundo. En 2008, por primera vez, las inversiones mundiales en fuentes de energía alternativas atrajeron a más inversores que los combustibles fósiles, generando 155.000 millones de dólares de capital neto frente a 110.000 millones de dólares de nuevas inversiones en petróleo, gas natural y carbón. Sólo la energía solar generó 6.500 millones de dólares en ingresos mundiales en 2004, y se espera que casi triplique esa cifra con ingresos proyectados de 18.500 millones de dólares para 2010.
Las tecnologías de energía alternativa se están volviendo cada vez más populares en todo el mundo debido a una mayor conciencia y preocupación por la contaminación y el cambio climático global . Las tecnologías de energías alternativas ofrecen una nueva opción para obtener energía útil de fuentes que tienen un menor impacto ambiental en el planeta. ¿Pero cuánto menos?
Una revisión publicada anteriormente del análisis de energía neta de la energía fotovoltaica basada en silicio [1] encontró que todos los tipos de energía fotovoltaica basada en silicio (amorfo, policristalino y monocristalino) generaban mucha más energía durante su vida útil que la que se utiliza en su producción. Todos los fotovoltaicos modernos de silicio se amortizan en términos de energía en menos de cinco años, incluso en escenarios de implementación muy subóptimos.
Este artículo explora todos los impactos ambientales asociados con la producción y el uso de por vida de paneles fotovoltaicos (PV) de silicio.
Contenido
¿Qué es una Evaluación del Ciclo de Vida (LCA)?
Una Evaluación del Ciclo de Vida (LCA) evalúa los impactos ambientales de un producto o proceso desde la producción hasta la eliminación. [2] Un ACV investiga los insumos de materiales y energía necesarios para producir y utilizar un producto, las emisiones asociadas con su uso y los impactos ambientales de su eliminación o reciclaje. La ACV también puede investigar los costos externos, como la mitigación ambiental, que son necesarios por la producción o el uso de un producto. [3]
Evaluación del ciclo de vida del panel fotovoltaico de silicio
La siguiente sección contiene un breve análisis del ciclo de vida de los paneles fotovoltaicos de silicio. Los factores del ciclo de vida discutidos incluyen: la energía requerida para la producción, las emisiones de dióxido de carbono del ciclo de vida y todas las emisiones contaminantes generadas a lo largo de la vida útil de los paneles fotovoltaicos desde: transporte, instalación, operación y eliminación.
Requisitos energéticos para la producción.
La fabricación de energía fotovoltaica es, abrumadoramente, el paso que más energía consume de los módulos fotovoltaicos instalados. Como se ve en la Figura 2, se utilizan grandes cantidades de energía para convertir la arena de sílice en el silicio de alta pureza necesario para las obleas fotovoltaicas. El montaje de los módulos fotovoltaicos es otro paso que requiere muchos recursos, con la adición de estructuras de aluminio de alto contenido energético y techos de cristal.
Figura 2: Necesidades energéticas de las etapas de producción en la fabricación de paneles fotovoltaicos como porcentajes del Requerimiento Bruto de Energía (GER) de 1494 MJ/panel (~ 0,65 m2 de superficie). [4]El impacto medioambiental de un módulo fotovoltaico de silicio implica la producción de tres componentes principales: el marco, el módulo y los componentes del equilibrio del sistema, como el bastidor y el inversor. [3] Los gases de efecto invernadero son causados principalmente por la producción de módulos (81%), seguido por el resto del sistema (12%) y el marco (7%) [3] ). Los requisitos de recursos del ciclo de producción se resumen en la Figura 3.
Figura 3: El ciclo de producción y los recursos necesarios de un módulo de silicio. [4]Emisiones de dióxido de carbono durante el ciclo de vida
Las emisiones de dióxido de carbono del ciclo de vida se refieren a las emisiones causadas por la producción, transporte o instalación de materiales relacionados con sistemas fotovoltaicos. Además de los propios módulos, la instalación típica incluye cable eléctrico y un rack metálico. Los sistemas fotovoltaicos instalados en el suelo también incluyen una base de hormigón. Las instalaciones remotas pueden requerir infraestructura adicional para la transmisión de electricidad a la red eléctrica local. Además de los materiales, un análisis del ciclo de vida debe incluir el dióxido de carbono emitido por los vehículos durante el transporte de módulos fotovoltaicos entre la fábrica, el almacén y el lugar de instalación. La Figura 4 compara las contribuciones relativas de estos factores a los impactos del dióxido de carbono durante la vida útil de cinco tipos de módulos fotovoltaicos. [5]
Figura 4: Emisiones de dióxido de carbono durante toda la vida de instalaciones fotovoltaicas a gran escala, clasificadas según el componente. Este gráfico compara módulos típicos de silicio monocristalino (m-Si(a)), silicio monocristalino de alta eficiencia (m-Si(b)), módulos de cadmio-telurio (CdTe) y cobre, indio y selenio (CIS). Gráfico por autores, basado en. [5]Emisiones del transporte
El transporte representa aproximadamente el 9% de las emisiones del ciclo de vida de la energía fotovoltaica. [5] Los módulos fotovoltaicos, los bastidores y el hardware de equilibrio del sistema (como cables, conectores y soportes de montaje) se producen con frecuencia en el extranjero y se transportan a los Estados Unidos por barco. [6] Dentro de los Estados Unidos, estos componentes se transportan en camión a los centros de distribución y, finalmente, al sitio de instalación.
Emisiones de la instalación
Las emisiones asociadas con la instalación incluyen emisiones de vehículos, consumo de materiales y consumo de electricidad asociados con las actividades de construcción locales para instalar el sistema. Estas actividades generan menos del 1% de las emisiones totales del ciclo de vida del sistema fotovoltaico. [6]
Emisiones de operación
No se generan emisiones al aire ni al agua durante el uso de módulos fotovoltaicos. Las cuencas atmosféricas se ven afectadas durante la construcción de módulos fotovoltaicos por las emisiones de disolventes y alcohol que contribuyen a la formación de ozono fotoquímico. Las cuencas se ven impactadas por la construcción de módulos a partir de la extracción de recursos naturales como cuarzo, carburo de silicio, vidrio y aluminio. En general, la sustitución de la actual red eléctrica mundial por sistemas fotovoltaicos centrales conduciría a reducciones de entre el 89% y el 98% en las emisiones de gases de efecto invernadero, contaminantes criterio, metales pesados y especies radiactivas. [7]
Emisiones de eliminación
La eliminación de módulos fotovoltaicos de silicio no ha causado impactos significativos porque las instalaciones a gran escala sólo han estado en uso desde mediados de los años 1980 y los módulos fotovoltaicos tienen una vida útil de al menos 30 años. [8] Fthenakis et al. (2005) [2] identificaron específicamente una falta de datos disponibles sobre la eliminación o el reciclaje de módulos fotovoltaicos, por lo que este tema merece una investigación más exhaustiva.
ACV de la energía fotovoltaica en comparación con otras fuentes de energía
Las emisiones totales del ciclo de vida asociadas con la producción de energía fotovoltaica son ligeramente mayores (a partir de 2006, ahora han disminuido significativamente) que las de la energía nuclear, pero menores que las de la producción de energía con combustibles fósiles. A continuación se enumeran las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida de varias tecnologías de generación de energía: [3]
- Silicio fotovoltaico: 45 g/kWh
- Carbón: 900 g/kWh
- Gas natural: 400-439 g/kWh
- Nuclear: 20-40 g/kWh
Durante su vida útil de 20 a 30 años, los módulos solares generan más electricidad de la que consumieron durante su producción. El tiempo de recuperación de energía cuantifica la vida útil mínima requerida para que un módulo solar genere la energía que se utilizó para producir el módulo. Como se muestra en la Tabla 1, el tiempo promedio de recuperación de la energía es de 3 a 6 años.
| País | Ciudad | Radiación solar (kWh/m2) | Latitud | Altitud (m) | Producción anual (kWh/kWp) | EPBT | FER |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australia | Sídney | 1614 | 33,55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| Austria | Viena | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| Bélgica | Bruselas | 946 | 50,5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Canadá | Ottawa | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| República Checa | Praga | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| Dinamarca | Copenhague | 985 | 55,75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| Finlandia | helsinki | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| Francia | París | 1057 | 48,52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| Francia | Marsella | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| Alemania | Berlina | 999 | 52,32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| Alemania | Munich | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| Grecia | Atenas | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| Hungría | budapest | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| Irlanda | Dublín | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| Italia | Roma | 1552 | 41,53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| Italia | Milán | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| Japón | Tokio | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| República de Corea | Seúl | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| Luxemburgo | Luxemburgo | 1035 | 49,62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| Los países bajos | Ámsterdam | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| Nueva Zelanda | Wellington | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| Noruega | Oslo | 967 | 59,56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| Portugal | Lisboa | 1682 | 35.44 | dieciséis | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| España | Madrid | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| España | Sevilla | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| Suecia | Estocolmo | 980 | 59.21 | dieciséis | 860 | 5.718 | 4.9 |
| Suiza | Berna | 1117 | 46,57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| Pavo | ankara | 1697 | 39,55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| Reino Unido | Londres | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Reino Unido | Edimburgo | 890 | 55,57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| Estados Unidos | Washington | 1487 | 38,52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Ejemplos
Referencias
- ^ J. Pearce y A. Lau, "Análisis de energía neta para la producción de energía sostenible a partir de células solares basadas en silicio", Actas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, editor R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑Saltar a:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema y MJ de Wild-Scholten (2005), Evaluación del ciclo de vida de la energía fotovoltaica: percepciones, necesidades y desafíos, Conferencia de especialistas en fotovoltaica del IEEE, Orlando, Florida.
- ↑Saltar a:3,0 3,1 3,2 3,3 Fthenakis, V. y E. Alsema (2006), Tiempos de recuperación de la energía fotovoltaica, emisiones de gases de efecto invernadero y costos externos: estado de 2004 a principios de 2005, Progress in Photovoltaics, 14, 275-280.
- ↑Saltar a:4.0 4.1 4.2 Evaluación del ciclo de vida de la generación de electricidad fotovoltaica, A. Stoppato, Energía, Volumen 33, Número 2, febrero de 2008, páginas 224-232
- ↑Saltar a:5,0 5,1 5,2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi y K. Kurokawa (2007), Un estudio comparativo sobre el análisis del costo y el ciclo de vida de 100 MW de energía fotovoltaica a muy gran escala (VLS-PV ) sistemas en desiertos que utilizan módulos m-Si, a-Si, CdTe y CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑Saltar a:6,0 6,1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi y K. Kurokawa (2007), Un estudio comparativo sobre el análisis de costos y ciclo de vida para energía fotovoltaica de muy gran escala (VLS-PV) de 100 MW sistemas en desiertos utilizando módulos m-Si, a-Si, CdTe y CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ^ Fthenakis, V., Kim, H. y E. Alsema (2008), Emisiones de los ciclos de vida de la energía fotovoltaica. Tecnología de ciencias ambientales, 42, 2168-2174.
- ^ Luque, A. y S. Hegedus (2003), Manual de ciencia e ingeniería fotovoltaica, Wiley, Hoboken, Nueva Jersey.