LCA of silicon PV panels/it

Le tecnologie energetiche alternative, come i moduli fotovoltaici (Figura 1), stanno diventando sempre più popolari in tutto il mondo. Nel 2008, per la prima volta, gli investimenti globali in fonti energetiche alternative hanno attirato più investitori rispetto ai combustibili fossili, generando 155 miliardi di dollari di capitale netto a fronte di 110 miliardi di dollari di nuovi investimenti in petrolio, gas naturale e carbone. L'energia solare da sola ha generato 6,5 miliardi di dollari di fatturato mondiale nel 2004 e si prevede che quasi triplicherà questa cifra, con un fatturato previsto di 18,5 miliardi di dollari per il 2010.

Le tecnologie energetiche alternative stanno diventando sempre più popolari in tutto il mondo a causa della maggiore consapevolezza e delle preoccupazioni relative all'inquinamento e al cambiamento climatico globale . Le tecnologie energetiche alternative offrono una nuova opzione per ottenere energia utile da fonti che hanno un impatto ambientale ridotto sul pianeta. Ma quanto meno?

Una precedente revisione pubblicata dell'analisi dell'energia netta del fotovoltaico a base di silicio ^{[ 1 ]} ha rilevato che tutti i tipi di fotovoltaico a base di silicio (amorfo, policristallino e monocristallino) hanno generato molta più energia nel corso del loro ciclo di vita di quanta ne venga utilizzata nella loro produzione. Tutti i moderni fotovoltaici al silicio si ripagano in termini di energia in meno di 5 anni, anche in scenari di distribuzione altamente subottimali.

Questo articolo esamina tutti gli impatti ambientali associati alla produzione e all'utilizzo nel corso del ciclo di vita dei pannelli fotovoltaici (FV) al silicio.

Che cos'è una valutazione del ciclo di vita (LCA)?

Una valutazione del ciclo di vita (LCA) valuta gli impatti ambientali di un prodotto o processo dalla produzione allo smaltimento. ^{[ 2 ]} Una LCA analizza gli input di materiali ed energia necessari per produrre e utilizzare un prodotto, le emissioni associate al suo utilizzo e gli impatti ambientali dello smaltimento o del riciclaggio. La LCA può anche analizzare i costi esterni, come la mitigazione ambientale, che sono resi necessari dalla produzione o dall'uso di un prodotto. ^{[ 3 ]}

Valutazione del ciclo di vita del pannello fotovoltaico in silicio

La sezione seguente contiene una breve analisi del ciclo di vita dei pannelli fotovoltaici in silicio. I fattori del ciclo di vita analizzati includono: l'energia necessaria per la produzione, le emissioni di anidride carbonica durante il ciclo di vita e tutte le emissioni inquinanti generate durante la vita utile di un pannello fotovoltaico da: trasporto, installazione, funzionamento e smaltimento.

Fabbisogno energetico per la produzione

La produzione di moduli fotovoltaici è di gran lunga la fase più dispendiosa in termini di energia per l'installazione di moduli fotovoltaici. Come mostrato nella Figura 2, vengono utilizzate grandi quantità di energia per convertire la sabbia silicea nel silicio ad alta purezza necessario per i wafer fotovoltaici. L'assemblaggio dei moduli fotovoltaici è un'altra fase ad alto consumo di risorse, con l'aggiunta di telai in alluminio ad alto contenuto energetico e coperture in vetro.

L'impatto ambientale di un modulo fotovoltaico al silicio riguarda la produzione di tre componenti principali: il telaio, il modulo e i componenti del sistema di bilanciamento come il rack e l'inverter. ^{[ 3 ]} I gas serra sono causati principalmente dalla produzione del modulo (81%), seguiti dal sistema di bilanciamento (12%) e dal telaio (7%) ^{[ 3 ]} ). I requisiti di risorse del ciclo di produzione sono riassunti nella Figura 3.

Emissioni di anidride carbonica nel ciclo di vita

Le emissioni di anidride carbonica durante il ciclo di vita si riferiscono alle emissioni causate dalla produzione, dal trasporto o dall'installazione dei materiali relativi ai sistemi fotovoltaici. Oltre ai moduli stessi, l'installazione tipica include cavi elettrici e un rack metallico. I sistemi fotovoltaici montati a terra includono anche una fondazione in calcestruzzo. Le installazioni remote potrebbero richiedere infrastrutture aggiuntive per la trasmissione dell'elettricità alla rete elettrica locale. Oltre ai materiali, un'analisi del ciclo di vita dovrebbe includere l'anidride carbonica emessa dai veicoli durante il trasporto dei moduli fotovoltaici tra la fabbrica, il magazzino e il sito di installazione. La Figura 4 confronta i contributi relativi di questi fattori agli impatti di anidride carbonica durante il ciclo di vita di cinque tipologie di moduli fotovoltaici. ^{[ 5 ]}

Emissioni dei trasporti

Il trasporto è responsabile di circa il 9% delle emissioni del ciclo di vita del fotovoltaico. ^{[ 5 ]} I moduli fotovoltaici, i rack e l'hardware di bilanciamento del sistema (come cavi, connettori e staffe di montaggio) vengono spesso prodotti all'estero e trasportati negli Stati Uniti via nave. ^{[ 6 ]} All'interno degli Stati Uniti, questi componenti vengono trasportati tramite camion ai centri di distribuzione e infine al sito di installazione.

Emissioni di installazione

Le emissioni associate all'installazione includono le emissioni dei veicoli, il consumo di materiali e il consumo di elettricità associato alle attività di costruzione locali per l'installazione del sistema. Queste attività generano meno dell'1% delle emissioni totali del ciclo di vita del sistema fotovoltaico. ^{[ 6 ]}

emissioni operative

Non si generano emissioni nell'aria o nell'acqua durante l'utilizzo dei moduli fotovoltaici. I bacini aerodinamici sono interessati durante la costruzione dei moduli fotovoltaici dalle emissioni di solventi e alcol che contribuiscono alla formazione di ozono fotochimico. I bacini idrografici sono interessati dalla costruzione dei moduli derivanti dall'estrazione di risorse naturali come quarzo, carburo di silicio, vetro e alluminio. Nel complesso, la sostituzione dell'attuale rete elettrica mondiale con sistemi fotovoltaici centralizzati porterebbe a una riduzione dell'89-98% delle emissioni di gas serra, inquinanti, metalli pesanti e specie radioattive. ^{[ 7 ]}

Emissioni da smaltimento

Lo smaltimento dei moduli fotovoltaici in silicio non ha causato impatti significativi perché le installazioni su larga scala sono in uso solo dalla metà degli anni '80 e i moduli fotovoltaici hanno una durata di almeno 30 anni. ^{[ 8 ]} Fthenakis et al. (2005) ^{[ 2 ]} hanno specificamente identificato una mancanza di dati disponibili sullo smaltimento o sul riciclaggio dei moduli fotovoltaici, quindi questo argomento merita un'indagine più approfondita.

LCA del fotovoltaico rispetto ad altre fonti energetiche

Le emissioni totali del ciclo di vita associate alla produzione di energia fotovoltaica sono leggermente superiori (dal 2006, questa percentuale è significativamente diminuita) rispetto a quelle dell'energia nucleare, ma inferiori a quelle della produzione di energia da combustibili fossili. Di seguito sono elencate le emissioni di gas serra del ciclo di vita di diverse tecnologie di generazione di energia: ^{[ 3 ]}

• Fotovoltaico al silicio: 45 g/kWh
• Carbone: 900 g/kWh
• Gas naturale: 400-439 g/kWh
• Nucleare: 20-40 g/kWh

Durante il loro ciclo di vita di 20-30 anni, i moduli solari generano più elettricità di quanta ne sia stata consumata durante la loro produzione. Il tempo di ammortamento energetico quantifica la vita utile minima richiesta a un modulo solare per generare l'energia utilizzata per produrlo. Come mostrato nella Tabella 1, il tempo medio di ammortamento energetico è di 3-6 anni.

Esempi

• Confronto CO2 Engr 308 CPH 3 MW

Riferimenti