プロジェクトデータ太陽光発電モジュール (図 1)などの代替エネルギー技術は、世界中で普及が進んでいます。2008 年には、代替エネルギー源への世界中の投資が化石燃料よりも多くの投資家を初めて引き寄せ、石油、天然ガス、石炭への新規投資 1,100 億ドルに対して純資本は 1,550 億ドルとなりました。2004 年には太陽光発電だけでも世界全体で 65 億ドルの収益があり、2010 年にはそのほぼ 3 倍の 185 億ドルの収益が見込まれています。
汚染や地球規模の気候変動に対する認識と懸念が高まっているため、代替エネルギー技術は世界中でますます普及しつつあります。代替エネルギー技術は、地球への環境への影響が少ない資源から有用なエネルギーを得る新しい選択肢を提供します。しかし、どれくらい少ないのでしょうか？
以前に発表されたシリコンベースの太陽光発電の正味エネルギー分析に関するレビュー[1]では、あらゆる種類のシリコン (アモルファス、多結晶、単結晶) ベースの PV は、その寿命にわたって、生産に使用されるよりもはるかに多くのエネルギーを生成することがわかりました。最新のシリコン PV はすべて、非常に次善の導入シナリオであっても、5 年以内にエネルギーの元が取れます。
この記事では、シリコン太陽光発電 (PV) パネルの生産と生涯使用に伴う環境への影響をすべて調査します。
コンテンツ
ライフサイクルアセスメント (LCA) とは何ですか?
ライフ サイクル アセスメント (LCA) は、生産から廃棄までの製品またはプロセスの環境への影響を評価します。[2] LCA では、製品の製造と使用に必要な材料とエネルギーの投入量、製品の使用に伴う排出量、廃棄またはリサイクルの環境への影響を調査します。LCA では、製品の生産または使用によって必要となる環境緩和などの外部コストも調査する場合があります。[3]
シリコン PV パネルのライフサイクル評価
次のセクションには、シリコン PV パネルの簡単なライフサイクル分析が含まれています。議論されるライフサイクル要因には、生産に必要なエネルギー、ライフサイクル二酸化炭素排出量、および輸送、設置、運用、廃棄などの PV パネルの耐用年数を通して生成されるすべての汚染排出量が含まれます。
生産に必要なエネルギー
太陽光発電の製造は、設置された PV モジュールの中で最もエネルギーを大量に消費するステップです。図 2 に見られるように、ケイ砂を太陽光発電ウェーハに必要な高純度シリコンに変換するには、大量のエネルギーが使用されます。PV モジュールの組み立ては、高エネルギー含有量のアルミニウム製フレームとガラス屋根を追加するため、別の資源を大量に消費するステップです。
シリコン太陽光発電モジュールの環境への影響には、フレーム、モジュール、およびラックやインバーターなどのバランス・オブ・システム・コンポーネントという 3 つの主要コンポーネントの製造が含まれます。[3]温室効果ガスは主にモジュールの生産 (81%) によって発生し、システムのバランス (12%) とフレーム (7%) がそれに続きます[3] )。生産サイクルのリソース要件を図 3 にまとめます。
ライフサイクル二酸化炭素排出量
ライフサイクル二酸化炭素排出量とは、太陽光発電システムに関連する材料の生産、輸送、設置によって生じる排出量を指します。モジュール自体に加えて、一般的な設置には電気ケーブルと金属ラックが含まれます。地上設置型太陽光発電システムにはコンクリート基礎も含まれます。遠隔地に設置する場合は、地域の電力網に送電するための追加のインフラストラクチャが必要になる場合があります。ライフサイクル分析には、材料に加えて、太陽光発電モジュールを工場、倉庫、設置場所の間で輸送する際に車両から排出される二酸化炭素も含める必要があります。図 4 は、5 種類の太陽光発電モジュールの生涯にわたる二酸化炭素の影響に対するこれらの要因の相対的な寄与を比較しています。[5]
輸送による排出
輸送は太陽光発電のライフサイクル排出量の約 9% を占めます。[5]太陽光発電モジュール、ラック、バランス・オブ・システム・ハードウェア (ケーブル、コネクタ、取り付けブラケットなど) は、海外で製造され、船で米国に輸送されることがよくあります。[6]米国内では、これらのコンポーネントはトラックで配送センターに輸送され、最終的には設置場所に輸送されます。
設置時の排出ガス
設置に関連する排出量には、システムを設置するための地域での建設活動に伴う車両排出量、材料消費量、電力消費量が含まれます。これらの活動による排出量は、太陽光発電システムのライフサイクル総排出量の 1% 未満です。[6]
運用時の排出量
PV モジュールの使用中に大気や水の排出は発生しません。エアシェッドは、太陽光発電モジュールの建設中に、光化学オゾンの形成に寄与する溶剤やアルコールの排出によって影響を受けます。流域は、石英、炭化ケイ素、ガラス、アルミニウムなどの天然資源の採掘によるモジュールの構築によって影響を受けます。全体として、現在の世界中のグリッド電力を中央太陽光発電システムに置き換えると、温室効果ガス排出量、基準汚染物質、重金属、放射性種が 89 ～ 98% 削減されることになります。[7]
廃棄時の排出量
大規模な設備が使用されるようになったのは 1980 年代半ば以降であり、太陽電池モジュールの寿命は少なくとも 30 年であるため、シリコン太陽電池モジュールの廃棄は重大な影響を引き起こしていません。[8]フテナキスら。(2005) [2] は、太陽光発電モジュールの廃棄またはリサイクルに関する利用可能なデータが欠如していることを具体的に指摘したため、このトピックについてはより徹底的な調査が必要です。
他のエネルギー源と比較した太陽光発電の LCA
太陽光発電に関連するライフサイクル総排出量は、原子力発電よりわずかに高く (2006 年現在、これは大幅に減少しています)、化石燃料エネルギー生産よりは低いです。いくつかのエネルギー生成技術のライフサイクル温室効果ガス排出量を以下に示します: [3]
- シリコンPV：45g/kWh
- 石炭: 900 g/kWh
- 天然ガス: 400-439 g/kWh
- 原子力: 20-40 g/kWh
太陽電池モジュールは、20 ～ 30 年の耐用期間中に、製造時に消費されたよりも多くの電力を生成します。エネルギー回収時間は、太陽電池モジュールがモジュールの生産に使用されたエネルギーを生成するために必要な最小耐用年数を定量化します。表 1 に示すように、平均エネルギー回収期間は 3 ～ 6 年です。
| 国 | 町 | 日射量 (kWh/m2) | 緯度 | 標高 (m) | 年間生産量 （kWh/kWp） | EPBT | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| オーストラリア | シドニー | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| オーストリア | ウィーン | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| ベルギー | ブリュッセル | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| カナダ | オタワ | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| チェコ共和国 | プラハ | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| デンマーク | コペンハーゲン | 985 | 55.75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| フィンランド | ヘルシンキ | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| フランス | パリ | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| フランス | マルセイユ | 1540年 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| ドイツ | ベルリン | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| ドイツ | ミュンヘン | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| ギリシャ | アテネ | 1563年 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| ハンガリー | ブダペスト | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| アイルランド | ダブリン | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| イタリア | ローマ | 1552年 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| イタリア | ミラノ | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| 日本 | 東京 | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| 大韓民国 | ソウル | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| ルクセンブルク | ルクセンブルク | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| オランダ | アムステルダム | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| ニュージーランド | ウェリントン | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| ノルウェー | オスロ | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| ポルトガル | リスボン | 1682年 | 35.44 | 16 | 1388年 | 3.543 | 7.9 |
| スペイン | マドリッド | 1660年 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| スペイン | セビリア | 1754年 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| スウェーデン | ストックホルム | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| スイス | ベルン | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| 七面鳥 | アンカラ | 1697年 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| イギリス | ロンドン | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| イギリス | エディンバラ | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| アメリカ | ワシントン | 1487年 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
例
参考文献
- ↑ J. Pearce および A. Lau、「シリコンベースの太陽電池からの持続可能なエネルギー生産のためのネットエネルギー分析」、米国機械学会ソーラー論文集 2002:信頼性の高いエネルギー経済の日の出、編集者 R. Cambell-Howe、2002 年。pdf
- ↑までジャンプします:2.0 2.1 Fthenakis、VM、EA Alsema、MJ de Wild-Scholten (2005)、太陽光発電のライフサイクル評価: 認識、ニーズ、課題、IEEE 太陽光発電専門家会議、フロリダ州オーランド。
- ↑までジャンプします:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis、V.、および E. Alsema (2006)、太陽光発電のエネルギー回収時間、温室効果ガス排出量および外部コスト: 2004 年から 2005 年初頭の状況、太陽光発電の進歩、14、275-280。
- ↑までジャンプします:4.0 4.1 4.2 太陽光発電のライフサイクル評価、A. Stoppato、Energy、第 33 巻、第 2 号、2008 年 2 月、224 ～ 232 ページ
- ↑までジャンプします:5.0 5.1 5.2 伊藤正史、加藤和也、河本和也、吉見哲也、黒川和也（2007）、100MW超大規模太陽光発電（VLS-PV）のコストとライフサイクル解析に関する比較研究) m-Si、a-Si、CdTe、および CIS モジュールを使用した砂漠のシステム、太陽光発電の進歩、16、17-30
- ↑までジャンプします:6.0 6.1 伊藤正史、加藤和也、河本和也、吉見哲也、黒川和久（2007）、100MW超大規模太陽光発電（VLS-PV）のコストとライフサイクル解析に関する比較研究m-Si、a-Si、CdTe、および CIS モジュールを使用した砂漠のシステム、太陽光発電の進歩、16、17-30
- ↑ Fthenakis, V.、Kim, H.、および E. Alsema (2008)、太陽光発電のライフサイクルからの排出。環境科学技術、42、2168-2174。
- ↑ Luque, A.、および S. Hegedus (2003)、太陽光発電科学および工学ハンドブック、ニュージャージー州ホーボーケン、ワイリー。