광발전 모듈(그림 1)과 같은 대체 에너지 기술은 전 세계적으로 점점 더 대중화되고 있습니다. 2008년 처음으로 대체 에너지 자원에 대한 전 세계 투자가 화석 연료보다 더 많은 투자자를 끌어모아 1,100억 달러의 신규 투자 대비 순자본 1,550억 달러를 벌어들였습니다. 석유, 천연가스, 석탄에 대한 투자. 태양광 발전만으로도 2004년 전 세계적으로 65억 달러의 수익을 창출했으며, 2010년 예상 수익은 185억 달러로 그 세 배 가까이 늘어날 것으로 예상됩니다.
대체 에너지 기술은 오염 및 글로벌 기후 변화에 대한 인식과 우려가 높아짐에 따라 전 세계적으로 점점 더 대중화되고 있습니다. 대체 에너지 기술은 지구에 환경에 미치는 영향이 적은 자원으로부터 유용한 에너지를 얻기 위한 새로운 옵션을 제공합니다. 하지만 얼마나 적습니까?
실리콘 기반 광전지의 순 에너지 분석에 대한 이전에 발표된 리뷰[1]에서는 모든 유형의 실리콘(비정질, 다결정)이 및 단결정) 기반 PV는 생산에 사용되는 것보다 수명 동안 훨씬 더 많은 에너지를 생성합니다. 모든 최신 실리콘 PV는 매우 차선적인 배포 시나리오에서도 5년 이내에 에너지 측면에서 비용을 지불합니다.
이 기사에서는 실리콘 광전지(PV) 패널의 생산 및 수명 사용과 관련된 모든 환경 영향을 살펴봅니다.
내용물
전과정평가(LCA)란 무엇입니까?
LCA(전과정 평가)는 생산부터 폐기까지 제품 또는 프로세스가 환경에 미치는 영향을 평가합니다.[2] LCA는 조사합니다. 제품을 생산하고 사용하는 데 필요한 재료 및 에너지 투입, 제품 사용과 관련된 배출, 폐기 또는 재활용이 환경에 미치는 영향. LCA는 또한 제품 생산이나 사용에 필요한 환경 완화와 같은 외부 비용을 조사할 수도 있습니다.[3]
실리콘 PV 패널 수명주기 평가
다음 섹션에는 실리콘 PV 패널의 간략한 수명주기 분석이 포함되어 있습니다. 논의된 수명주기 요소에는 생산에 필요한 에너지, 수명주기 이산화탄소 배출, PV 패널 전반에 걸쳐 생성된 모든 오염 배출, 운송, 설치, 작동 및 폐기 등의 유효 수명이 포함됩니다.
생산을 위한 에너지 요구사항
태양광발전 제조는 설치된 PV 모듈 중 가장 에너지 집약적인 단계입니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 규사를 광전지 웨이퍼에 필요한 고순도 실리콘으로 변환하는 데 많은 양의 에너지가 사용됩니다. PV 모듈의 조립은 에너지 함량이 높은 알루미늄 프레임과 유리 지붕을 추가하는 또 다른 자원 집약적 단계입니다.
실리콘 태양광 모듈이 환경에 미치는 영향은 프레임, 모듈, 랙 및 인버터와 같은 시스템 균형 구성요소라는 세 가지 주요 구성요소의 생산과 관련됩니다. [3] 온실 가스는 대부분 모듈 생산(81%)에 의해 발생하고 시스템(12%)과 프레임(7%)의 균형이 그 뒤를 따릅니다. [3]). 생산주기의 자원 요구 사항은 그림 3에 요약되어 있습니다.
수명주기 이산화탄소 배출량
수명주기 이산화탄소 배출량은 태양광 발전 시스템과 관련된 자재의 생산, 운송 또는 설치로 인해 발생하는 배출량을 의미합니다. 모듈 자체 외에도 일반적인 설치에는 전기 케이블과 금속 랙이 포함됩니다. 지상 장착형 태양광 발전 시스템에는 콘크리트 기초도 포함됩니다. 원격 설치에는 지역 전력망으로 전기를 전송하기 위한 추가 인프라가 필요할 수 있습니다. 수명주기 분석에는 자재 외에도 공장, 창고, 설치 현장 간 태양광 모듈 운송 중 차량에서 배출되는 이산화탄소가 포함되어야 합니다. 그림 4는 5가지 유형의 태양광 모듈이 수명 기간 동안 이산화탄소에 미치는 영향에 대한 이러한 요소의 상대적 기여도를 비교합니다.[5]
교통 배출
교통은 태양광 발전 수명 주기 배출량의 약 9%를 차지합니다.[5] 태양광 발전 모듈, 랙 및 시스템 균형 하드웨어 (케이블, 커넥터, 장착 브래킷 등)은 해외에서 생산되어 선박을 통해 미국으로 운송되는 경우가 많습니다.[6]미국 내에서는 이러한 구성 요소는 트럭을 통해 유통 센터로 운송되고 최종적으로는 설치 현장으로 운송됩니다.
설치 배출
설치와 관련된 배출에는 시스템 설치를 위한 지역 건설 활동과 관련된 차량 배출, 자재 소비 및 전기 소비가 포함됩니다. 이러한 활동은 태양광 발전 시스템의 전체 수명 주기 배출량의 1% 미만을 생성합니다.[6]
운영 배출
PV 모듈을 사용하는 동안 공기나 물 배출이 발생하지 않습니다. PV 모듈을 건설하는 동안 대기층은 광화학적 오존 형성에 기여하는 용제 및 알코올 배출로 인해 영향을 받습니다. 석영, 탄화규소, 유리, 알루미늄 등 천연 자원을 추출하여 모듈을 건설하면 유역이 영향을 받습니다. 전반적으로 현재 전 세계 그리드 전력을 중앙 PV 시스템으로 교체하면 온실가스 배출, 기준 오염 물질, 중금속 및 방사성 물질이 89-98% 감소할 수 있습니다.[7]
폐기 배출량
실리콘 태양광 모듈의 폐기는 1980년대 중반부터 대규모 설치가 이루어졌고 태양광 모듈의 수명은 최소 30년이기 때문에 큰 영향을 미치지 않았습니다. [8] Fthenakis 외. (2005)[2]는 특히 광전지 모듈의 폐기 또는 재활용에 대한 이용 가능한 데이터가 부족하다는 사실을 확인했으므로 이 주제에 대해서는 보다 철저한 조사가 필요합니다.
다른 에너지원과 비교한 태양광발전의 LCA
태양광 에너지 생산과 관련된 전체 수명주기 배출량은 원자력 발전보다 약간 높지만(2006년 현재는 상당히 낮아짐) 화석 연료 에너지 생산보다는 낮습니다. 여러 에너지 생성 기술의 수명주기 온실가스 배출량은 다음과 같습니다.[3]
- 실리콘 PV: 45g/kWh
- 석탄: 900g/kWh
- 천연가스: 400-439g/kWh
- 원자력: 20-40g/kWh
20~30년의 수명 동안 태양광 모듈은 생산 중에 소비된 것보다 더 많은 전기를 생산합니다. 에너지 회수 시간은 태양광 모듈이 모듈을 생산하는 데 사용된 에너지를 생성하는 데 필요한 최소 유효 수명을 수량화합니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 평균 에너지 회수 기간은 3~6년입니다.
| 국가 | 도시 | 일사량 (kWh/m2) | 위도 | 고도 (m) | 연간 생산량 (kWh/kWp) | EPBT | 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 | 1563년 | 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 | 1682년 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| 스페인 | 마드리드 | 1660년 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| 스페인 | 세비야 | 1754년 | 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 | 1697년 | 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 |
예
참고자료
- ↑ J. Pearce 및 A. Lau, "실리콘 기반 태양전지의 지속 가능한 에너지 생산을 위한 순 에너지 분석", 미국 기계공학회 Solar 2002 회보: 신뢰할 수 있는 에너지 경제의 일출, 편집자 R. Cambell-Howe, 2002.pdf
- ↑다음으로 이동:2.0 2.1 Fthenakis, V. M., E. A. Alsema 및 M. J. de Wild-Scholten(2005), 광전지의 수명 주기 평가: 인식, 요구 사항 및 과제, IEEE 태양광 발전 전문가 회의(플로리다주 올랜도)
- ↑다음으로 이동:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V., 및 E. Alsema(2006), 태양광 발전 에너지 회수 시간, 온실 가스 배출 및 외부 비용: 2004~2005년 초 상태, 태양광발전 발전, 14, 275-280.
- ↑다음으로 이동:4.0 4.1 4.2 태양광 발전의 수명 주기 평가, A. Stoppato, 에너지, 용량 33, 2호, 2008년 2월, 페이지 224-232
- ↑다음으로 이동:5.0 5.1 5.2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, K. Kurokawa(2007), m-Si, a-Si, CdTe 및 CIS 모듈을 사용하는 사막의 100MW 초대형 PV(VLS-PV) 시스템에 대한 비용 및 수명주기 분석에 대한 비교 연구 , 태양광발전 분야의 발전, 16, 17-30
- ↑다음으로 이동:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi, K. Kurokawa(2007), m-Si, a-Si, CdTe 및 CIS 모듈을 사용하는 사막의 100MW 초대형 PV(VLS-PV) 시스템에 대한 비용 및 수명주기 분석에 대한 비교 연구, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H., E. Alsema(2008), 태양광 발전 수명 주기의 방출. 환경 과학 기술, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A. 및 S. Hegedus(2003), 광전지 과학 및 공학 핸드북, Wiley, Hoboken, NJ.