LCA of silicon PV panels/ko
태양광 모듈(그림 1) 과 같은 대체 에너지 기술은 전 세계적으로 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 2008년에 처음으로 대체 에너지 원에 대한 전 세계 투자가 화석 연료보다 더 많은 투자자를 유치하여 석유, 천연 가스 및 석탄에 대한 1,100억 달러의 신규 투자에 비해 순 자본이 1,550억 달러 증가했습니다. 태양광 발전만으로 2004년에 전 세계적으로 65억 달러의 수익을 창출했으며, 2010년에는 185억 달러의 수익이 예상되어 거의 3배가 될 것으로 예상됩니다.
대체 에너지 기술은 오염과 지구 기후 변화 에 대한 인식과 우려가 커지면서 전 세계적으로 점점 더 인기를 얻고 있습니다 . 대체 에너지 기술은 지구에 미치는 환경적 영향이 적은 출처에서 유용한 에너지를 얻을 수 있는 새로운 옵션을 제공합니다. 하지만 얼마나 덜할까요?
실리콘 기반 태양광 발전의 순 에너지 분석에 대한 이전에 발표된 리뷰 [ 1 ] 에서는 모든 유형의 실리콘(비정질, 다결정 및 단결정) 기반 PV가 생산에 사용된 것보다 수명 동안 훨씬 더 많은 에너지를 생성한다는 것을 발견했습니다. 모든 최신 실리콘 PV는 매우 최적이 아닌 배포 시나리오에서도 5년 이내에 에너지 측면에서 자체 비용을 회수합니다.
이 기사에서는 실리콘 태양광(PV) 패널의 생산과 수명 동안의 사용에 따른 모든 환경 영향에 대해 살펴봅니다.
생애주기평가(LCA)란 무엇입니까?
수명주기평가(LCA)는 생산에서 폐기까지 제품이나 공정의 환경 영향을 평가합니다. [ 2 ] LCA는 제품을 생산하고 사용하는 데 필요한 재료와 에너지 투입, 사용과 관련된 배출, 폐기나 재활용의 환경 영향을 조사합니다. LCA는 또한 제품의 생산이나 사용으로 인해 필요하게 되는 환경 완화와 같은 외부 비용을 조사할 수도 있습니다. [ 3 ]
실리콘 PV 패널 수명 주기 평가
다음 섹션에는 실리콘 PV 패널의 간략한 수명 주기 분석이 포함되어 있습니다. 논의된 수명 주기 요인에는 다음이 포함됩니다. 생산에 필요한 에너지, 수명 주기 이산화탄소 배출량, 운송, 설치, 운영 및 폐기로 인해 PV 패널의 유효 수명 동안 발생하는 모든 오염 배출량.
생산을 위한 에너지 요구 사항
태양광 발전 제조는 설치된 PV 모듈 중 가장 에너지 집약적인 단계입니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, 실리카 모래를 태양광 웨이퍼에 필요한 고순도 실리콘으로 변환하는 데 많은 양의 에너지가 사용됩니다. PV 모듈 조립은 고에너지 함량 알루미늄 프레임과 유리 지붕을 추가한 또 다른 자원 집약적 단계입니다.
실리콘 태양광 모듈의 환경 영향에는 프레임, 모듈, 랙 및 인버터와 같은 균형 시스템 구성 요소의 세 가지 주요 구성 요소 생산이 포함됩니다. [ 3 ] 온실 가스는 대부분 모듈 생산(81%)에 의해 발생하며, 그 다음으로 균형 시스템(12%)과 프레임(7%)에서 발생합니다 . [ 3 ] 생산 주기의 자원 요구 사항은 그림 3에 요약되어 있습니다.
수명주기 이산화탄소 배출
수명 주기 이산화탄소 배출량은 태양광 시스템과 관련된 재료의 생산, 운송 또는 설치로 인해 발생하는 배출량을 말합니다. 모듈 자체 외에도 일반적인 설치에는 전기 케이블과 금속 랙이 포함됩니다. 지상에 설치된 태양광 시스템에는 콘크리트 기초도 포함됩니다. 원격 설치에는 지역 전기 그리드로 전기를 전송하기 위한 추가 인프라가 필요할 수 있습니다. 재료 외에도 수명 주기 분석에는 공장, 창고 및 설치 장소 간 태양광 모듈 운송 중 차량에서 배출되는 이산화탄소가 포함되어야 합니다. 그림 4는 이러한 요소가 5가지 유형의 태양광 모듈의 수명 이산화탄소 영향에 미치는 상대적 기여도를 비교합니다. [ 5 ]
교통 배출
운송은 태양광 발전의 수명 주기 배출량의 약 9%를 차지합니다. [ 5 ] 태양광 모듈, 랙 및 균형 시스템 하드웨어(예: 케이블, 커넥터 및 장착 브래킷)는 해외에서 자주 생산되어 선박을 통해 미국으로 운송됩니다. [ 6 ] 미국 내에서 이러한 구성 요소는 트럭으로 유통 센터로 운송되고 결국 설치 현장으로 운송됩니다.
설치 배출
설치와 관련된 배출에는 차량 배출, 재료 소비, 시스템을 설치하기 위한 지역 건설 활동과 관련된 전기 소비가 포함됩니다. 이러한 활동은 태양광 시스템의 총 수명 주기 배출량의 1% 미만을 생성합니다. [ 6 ]
작업 배출
PV 모듈을 사용하는 동안 대기나 수질 배출은 발생하지 않습니다. PV 모듈을 건설하는 동안 대기권은 광화학적 오존 형성에 기여하는 용매 및 알코올 배출로 인해 영향을 받습니다. 유역은 석영, 탄화규소, 유리 및 알루미늄과 같은 천연 자원 추출로 인한 모듈 건설의 영향을 받습니다. 전반적으로 현재 전 세계 그리드 전기를 중앙 PV 시스템으로 대체하면 온실 가스 배출, 기준 오염 물질, 중금속 및 방사성 종이 89-98% 감소합니다. [ 7 ]
폐기 배출
실리콘 태양광 모듈의 폐기는 대규모 설비가 1980년대 중반 이후에야 사용되기 시작했고 태양광 모듈의 수명이 최소 30년 이상이므로 큰 영향을 미치지 않았습니다. [ 8 ] Fthenakis et al. (2005) [ 2 ]는 태양광 모듈의 폐기 또는 재활용에 관한 사용 가능한 데이터가 부족하다는 점을 구체적으로 지적했으므로 이 주제에 대해서는 보다 철저한 조사가 필요합니다.
다른 에너지원과 비교한 태양광 발전의 LCA
태양광 에너지 생산과 관련된 총 수명 주기 배출량은 핵 에너지보다 약간 높지만(2006년 현재 상당히 낮아짐) 화석 연료 에너지 생산보다 낮습니다. 여러 에너지 생산 기술의 수명 주기 온실 가스 배출량은 다음과 같습니다. [ 3 ]
- 실리콘 PV: 45g/kWh
- 석탄: 900g/kWh
- 천연가스 : 400-439g/kWh
- 핵: 20-40g/kWh
태양광 모듈은 20~30년의 수명 동안 생산 중에 소비한 것보다 더 많은 전기를 생성합니다. 에너지 회수 기간은 태양광 모듈이 모듈을 생산하는 데 사용된 에너지를 생성하는 데 필요한 최소 유효 수명을 정량화한 것입니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 평균 에너지 회수 기간은 3~6년입니다.
| 국가 | 도시 | 태양 복사량 (kWh/m2) | 위도 | 고도 (m) | 연간 생산량 (kWh/kWp) | 영어: | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 호주 | 시드니 | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| 오스트리아 | 비엔나 | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| 벨기에 | 브뤼셀 | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| 캐나다 | 오타와 | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| 체코 공화국 | 프라하 | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| 덴마크 | 코펜하겐 | 985 | 55.75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| 핀란드 | 헬싱키 | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| 프랑스 | 파리 | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| 프랑스 | 마르세유 | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| 독일 | 베를린 | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| 독일 | 뮌헨 | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| 그리스 | 아테네 | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| 헝가리 | 부다페스트 | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| 아일랜드 | 더블린 | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| 이탈리아 | 로마 | 1552 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| 이탈리아 | 밀라노 | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| 일본 | 도쿄 | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| 대한민국 | 서울 | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| 룩셈부르크 | 룩셈부르크 | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| 네덜란드 | 암스테르담 | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| 뉴질랜드 | 웰링턴 | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| 노르웨이 | 오슬로 | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| 포르투갈 | 리스본 | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| 스페인 | 마드리드 | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| 스페인 | 세비야 | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| 스웨덴 | 스톡홀름 | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| 스위스 | 베른 | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| 칠면조 | 앙카라 | 1697 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| 영국 | 런던 | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| 영국 | 에든버러 | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| 미국 | 워싱턴 | 1487 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
예제
참고문헌
- ↑ J. Pearce와 A. Lau, "실리콘 기반 태양 전지에서 지속 가능한 에너지 생산을 위한 순 에너지 분석", American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy의 회의록, 편집자 R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑다음으로 이동:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema 및 MJ de Wild-Scholten(2005), 태양광 발전의 수명 주기 평가: 인식, 필요성 및 과제, IEEE 태양광 전문가 컨퍼런스, 플로리다 올랜도.
- ↑다음으로 이동:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V. 및 E. Alsema(2006), 태양광 에너지 회수 기간, 온실 가스 배출 및 외부 비용: 2004년~2005년 초 현황, 태양광 발전의 발전, 14, 275-280.
- ↑↑↑다음으로 이동:4.0 4.1 4.2 태양광 발전의 수명 주기 평가, A. Stoppato, 에너지, 제33권, 제2호, 2008년 2월, 224-232페이지
- ↑다음으로 이동:5.0 5.1 5.2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, 및 K. Kurokawa(2007), m-Si, a-Si, CdTe 및 CIS 모듈을 사용하는 사막의 100MW 초대규모 PV(VLS-PV) 시스템에 대한 비용 및 수명 주기 분석에 대한 비교 연구, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑다음으로 이동:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, 및 K. Kurokawa(2007), m-Si, a-Si, CdTe 및 CIS 모듈을 사용하는 사막의 100MW 초대규모 PV(VLS-PV) 시스템에 대한 비용 및 수명 주기 분석에 대한 비교 연구, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H., 및 E. Alsema(2008), 태양광 발전 수명 주기의 배출. 환경 과학 기술, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A. 및 S. Hegedus(2003), 태양광 과학 및 공학 핸드북, Wiley, Hoboken, NJ.