Gambar 1: Modul fotovoltaik silikon
Teknologi energi alternatif seperti modul fotovoltaik (Gambar 1) menjadi lebih populer di seluruh dunia. Pada tahun 2008, untuk pertama kalinya, investasi di seluruh dunia pada sumber energi alternatif menarik lebih banyak investor dibandingkan bahan bakar fosil, menghasilkan modal bersih sebesar $155 miliar dibandingkan investasi baru pada minyak, gas alam, dan batu bara sebesar $110 miliar. Tenaga surya sendiri menghasilkan pendapatan di seluruh dunia sebesar $6,5 miliar pada tahun 2004, dan diperkirakan meningkat hampir tiga kali lipat dengan proyeksi pendapatan sebesar $18,5 miliar pada tahun 2010.
Teknologi energi alternatif menjadi semakin populer di seluruh dunia karena meningkatnya kesadaran dan kekhawatiran mengenai polusi, dan perubahan iklim global . Teknologi energi alternatif menawarkan pilihan baru untuk memperoleh energi bermanfaat dari sumber-sumber yang memiliki dampak lingkungan lebih kecil terhadap planet ini. Tapi seberapa kurang?
Tinjauan yang diterbitkan sebelumnya mengenai analisis energi bersih fotovoltaik berbasis silikon [1] menemukan bahwa semua jenis PV berbasis silikon (amorf, polikristalin, dan kristal tunggal) menghasilkan energi yang jauh lebih besar sepanjang masa pakainya dibandingkan yang digunakan dalam produksinya. Semua PV silikon modern membayar sendiri dalam hal energi dalam waktu kurang dari 5 tahun – bahkan dalam skenario penerapan yang sangat suboptimal.
Artikel ini mengeksplorasi semua dampak lingkungan yang terkait dengan produksi dan penggunaan panel silikon fotovoltaik (PV) seumur hidup.
Isi
Apa itu Penilaian Siklus Hidup (LCA)?
Penilaian Siklus Hidup (LCA) mengevaluasi dampak lingkungan dari suatu produk atau proses mulai dari produksi hingga pembuangan. [2] LCA menyelidiki masukan material dan energi yang diperlukan untuk memproduksi dan menggunakan suatu produk, emisi yang terkait dengan penggunaannya, dan dampak lingkungan dari pembuangan atau daur ulang. LCA juga dapat menyelidiki biaya eksternal, seperti mitigasi lingkungan, yang diperlukan dalam produksi atau penggunaan suatu produk. [3]
Penilaian Siklus Hidup panel PV silikon
Bagian berikut berisi analisis siklus hidup singkat panel PV silikon. Faktor siklus hidup yang dibahas meliputi: energi yang dibutuhkan untuk produksi, siklus hidup emisi karbon dioksida, dan semua emisi polusi yang dihasilkan sepanjang masa manfaat panel PV dari: transportasi, instalasi, pengoperasian, dan pembuangan.
Kebutuhan energi untuk produksi
Pembuatan fotovoltaik merupakan langkah paling intensif energi dalam pemasangan modul PV. Seperti terlihat pada Gambar 2, sejumlah besar energi digunakan untuk mengubah pasir silika menjadi silikon dengan kemurnian tinggi yang diperlukan untuk wafer fotovoltaik. Perakitan modul PV merupakan langkah intensif sumber daya lainnya dengan penambahan rangka aluminium dan atap kaca dengan kandungan energi tinggi.
Gambar 2: Kebutuhan energi tahap produksi pembuatan panel PV sebagai persentase dari Kebutuhan Energi Bruto (GER) sebesar 1494 MJ/panel (~ 0,65m2 permukaan). [4]Dampak lingkungan dari modul fotovoltaik silikon melibatkan produksi tiga komponen utama: rangka, modul, dan komponen keseimbangan sistem seperti rak dan inverter. [3] Gas rumah kaca paling banyak disebabkan oleh produksi modul (81%), diikuti oleh keseimbangan sistem (12%) dan rangka (7%) [3] ). Kebutuhan sumber daya dari siklus produksi dirangkum dalam Gambar 3.
Gambar 3: Siklus produksi dan sumber daya yang dibutuhkan modul silikon. [4]Emisi karbon dioksida siklus hidup
Emisi karbon dioksida siklus hidup mengacu pada emisi yang disebabkan oleh produksi, transportasi, atau pemasangan material yang terkait dengan sistem fotovoltaik. Selain modul itu sendiri, instalasi umumnya mencakup kabel listrik dan rak logam. Sistem fotovoltaik yang dipasang di tanah juga mencakup fondasi beton. Instalasi jarak jauh mungkin memerlukan infrastruktur tambahan untuk transmisi listrik ke jaringan listrik lokal. Selain material, analisis siklus hidup harus mencakup karbon dioksida yang dikeluarkan dari kendaraan selama pengangkutan modul fotovoltaik antara pabrik, gudang, dan lokasi pemasangan. Gambar 4 membandingkan kontribusi relatif faktor-faktor ini terhadap dampak karbon dioksida seumur hidup dari lima jenis modul fotovoltaik. [5]
Gambar 4: Emisi karbon dioksida seumur hidup untuk instalasi fotovoltaik skala besar, dikategorikan menurut komponennya. Grafik ini membandingkan modul silikon monokristalin tipikal (m-Si(a)), silikon monokristalin efisiensi tinggi (m-Si(b)), modul telurium kadmium (CdTe), dan modul tembaga indium selenium (CIS). Grafik oleh penulis, berdasarkan. [5]Emisi transportasi
Transportasi menyumbang sekitar 9% emisi siklus hidup fotovoltaik. [5] Modul fotovoltaik, rak, dan perangkat keras keseimbangan sistem (seperti kabel, konektor, dan braket pemasangan) sering kali diproduksi di luar negeri dan diangkut ke Amerika Serikat dengan kapal. [6] Di Amerika Serikat, komponen-komponen ini diangkut dengan truk ke pusat distribusi dan akhirnya ke lokasi pemasangan.
Emisi instalasi
Emisi yang terkait dengan pemasangan mencakup emisi kendaraan, konsumsi material, dan konsumsi listrik yang terkait dengan aktivitas konstruksi lokal untuk memasang sistem. Kegiatan ini menghasilkan kurang dari 1% total emisi siklus hidup sistem fotovoltaik. [6]
Emisi operasi
Tidak ada emisi udara atau air yang dihasilkan selama penggunaan modul PV. Daerah aliran udara terkena dampak selama pembangunan modul PV dari emisi pelarut dan alkohol yang berkontribusi terhadap pembentukan ozon fotokimia. Daerah aliran sungai dipengaruhi oleh pembangunan modul dari ekstraksi sumber daya alam seperti kuarsa, silikon karbida, kaca, dan aluminium. Secara keseluruhan, penggantian jaringan listrik di seluruh dunia dengan sistem PV terpusat akan menghasilkan pengurangan emisi gas rumah kaca, polutan kriteria, logam berat, dan spesies radioaktif sebesar 89-98%. [7]
Emisi pembuangan
Pembuangan modul fotovoltaik silikon tidak menimbulkan dampak yang signifikan karena instalasi skala besar baru digunakan sejak pertengahan tahun 1980-an dan modul fotovoltaik memiliki masa pakai minimal 30 tahun. [8] Fthenakis dkk. (2005) [2] secara khusus mengidentifikasi kurangnya data yang tersedia mengenai pembuangan atau daur ulang modul fotovoltaik, sehingga topik ini memerlukan penyelidikan yang lebih menyeluruh.
LCA fotovoltaik dibandingkan dengan sumber energi lainnya
Total emisi siklus hidup yang terkait dengan produksi energi fotovoltaik sedikit lebih tinggi (pada tahun 2006, emisi ini telah menurun secara signifikan) dibandingkan emisi tenaga nuklir, namun lebih rendah dibandingkan produksi energi bahan bakar fosil. Emisi gas rumah kaca siklus hidup dari beberapa teknologi pembangkit energi tercantum di bawah ini: [3]
- PV Silikon: 45 g/kWh
- Batubara: 900 g/kWh
- Gas alam: 400-439 g/kWh
- Nuklir: 20-40 g/kWh
Selama masa pakainya yang 20-30 tahun, modul surya menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang dikonsumsi selama produksinya. Waktu pengembalian energi mengukur masa manfaat minimum yang diperlukan modul surya untuk menghasilkan energi yang digunakan untuk memproduksi modul tersebut. Seperti ditunjukkan pada Tabel 1, waktu pengembalian energi rata-rata adalah 3-6 tahun.
| Negara | Kota | Radiasi matahari (kWh/m2) | Garis Lintang | Ketinggian (m) | Produksi tahunan (kWh/kWp) | EPBT | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australia | Sidney | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| Austria | Wina | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| Belgium | Brussel | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Kanada | Ottawa | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| Republik Ceko | Praha | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| Denmark | Kopenhagen | 985 | 55,75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| Finlandia | Helsinki | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| Perancis | Paris | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| Perancis | Marseille | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| Jerman | Berlin | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| Jerman | Munich | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| Yunani | Athena | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| Hungaria | Budapest | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| Irlandia | Dublin | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| Italia | Roma | 1552 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| Italia | Milan | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| Jepang | Tokyo | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| Republik Korea | seoul | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| Luksemburg | Luksemburg | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| Belanda | Amsterdam | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| Selandia baru | Wellington | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| Norway | Oslo | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| Portugal | Lisboa | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| Spanyol | Madrid | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| Spanyol | Sevilla | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| Swedia | Stockholm | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| Swiss | Bern | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| Turki | Ankara | 1697 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| Britania Raya | London | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Britania Raya | Edinburgh | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| Amerika Serikat | Washington | 1487 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Contoh
Referensi
- ^ J. Pearce dan A. Lau, "Analisis Energi Bersih Untuk Produksi Energi Berkelanjutan Dari Sel Surya Berbasis Silikon", Prosiding American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, editor R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ^Lompat ke:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema, dan MJ de Wild-Scholten (2005), Penilaian siklus hidup fotovoltaik: Persepsi, kebutuhan, dan tantangan, Konferensi Spesialis Fotovoltaik IEEE, Orlando, Florida.
- ^Lompat ke:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V., dan E. Alsema (2006), Waktu pengembalian energi fotovoltaik, emisi gas rumah kaca dan biaya eksternal: status 2004-awal 2005, Kemajuan dalam Fotovoltaik, 14, 275-280.
- ^Lompat ke:4.0 4.1 4.2 Penilaian siklus hidup pembangkit listrik fotovoltaik, A. Stoppato, Energi, Volume 33, Edisi 2, Februari 2008, Halaman 224-232
- ^Lompat ke:5.0 5.1 5.2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, dan K. Kurokawa (2007), Studi perbandingan analisis biaya dan siklus hidup untuk PV skala sangat besar (VLS-PV) berkapasitas 100 MW ) sistem di gurun menggunakan modul m-Si, a-Si, CdTe, dan CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ^Lompat ke:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, dan K. Kurokawa (2007), Studi perbandingan analisis biaya dan siklus hidup untuk PV skala sangat besar (VLS-PV) 100 MW sistem di gurun menggunakan modul m-Si, a-Si, CdTe, dan CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ^ Fthenakis, V., Kim, H., dan E. Alsema (2008), Emisi dari Siklus Hidup Fotovoltaik. Teknologi Ilmu Lingkungan, 42, 2168-2174.
- ^ Luque, A., dan S. Hegedus (2003), Buku Pegangan Sains dan Teknik Fotovoltaik, Wiley, Hoboken, NJ.