LCA of silicon PV panels/pl
Alternatywne technologie energetyczne, takie jak moduły fotowoltaiczne (rysunek 1), stają się coraz bardziej popularne na całym świecie. W 2008 r. po raz pierwszy światowe inwestycje w alternatywne źródła energii przyciągnęły więcej inwestorów niż w paliwa kopalne, przynosząc 155 mld USD kapitału netto w porównaniu do 110 mld USD nowych inwestycji w ropę naftową, gaz ziemny i węgiel. Sama energia słoneczna wygenerowała 6,5 mld USD światowego przychodu w 2004 r. i oczekuje się, że prawie potroi ten przychód, prognozując przychody w wysokości 18,5 mld USD na 2010 r.
Alternatywne technologie energetyczne stają się coraz bardziej popularne na całym świecie ze względu na większą świadomość i obawy dotyczące zanieczyszczeń i globalnych zmian klimatu . Alternatywne technologie energetyczne oferują nową opcję pozyskiwania użytecznej energii ze źródeł, które mają mniejszy wpływ na środowisko planety. Ale o ile mniejszy?
Poprzedni opublikowany przegląd analizy energii netto ogniw fotowoltaicznych na bazie krzemu [ 1 ] wykazał, że wszystkie rodzaje ogniw fotowoltaicznych na bazie krzemu (amorficzne, polikrystaliczne i monokrystaliczne) generowały znacznie więcej energii w ciągu swojego okresu użytkowania, niż zużywano w ich produkcji. Wszystkie nowoczesne ogniwa fotowoltaiczne na bazie krzemu zwracają się w kategoriach energii w czasie krótszym niż 5 lat – nawet w wysoce suboptymalnych scenariuszach wdrożenia.
W tym artykule omówiono wszystkie oddziaływania na środowisko związane z produkcją i użytkowaniem krzemowych paneli fotowoltaicznych (PV).
Czym jest ocena cyklu życia (LCA)?
Ocena cyklu życia (LCA) ocenia wpływ produktu lub procesu na środowisko od produkcji do utylizacji. [ 2 ] LCA bada materiały i energię potrzebne do wytworzenia i użytkowania produktu, emisje związane z jego użytkowaniem oraz wpływ na środowisko utylizacji lub recyklingu. LCA może również badać koszty zewnętrzne, takie jak łagodzenie wpływu na środowisko, które stają się konieczne ze względu na produkcję lub użytkowanie produktu. [ 3 ]
Ocena cyklu życia paneli fotowoltaicznych z krzemu
Poniższa sekcja zawiera krótką analizę cyklu życia paneli fotowoltaicznych z krzemu. Omówione czynniki cyklu życia obejmują: energię wymaganą do produkcji, emisję dwutlenku węgla w cyklu życia oraz wszystkie emisje zanieczyszczeń generowane w trakcie okresu użytkowania paneli fotowoltaicznych z: transportu, instalacji, eksploatacji i utylizacji.
Zapotrzebowanie na energię do produkcji
Produkcja ogniw fotowoltaicznych jest zdecydowanie najbardziej energochłonnym etapem instalowania modułów PV. Jak widać na rysunku 2, duże ilości energii są wykorzystywane do przekształcania piasku krzemionkowego w krzem o wysokiej czystości wymagany do produkcji płytek fotowoltaicznych. Montaż modułów PV to kolejny etap wymagający dużych zasobów, z dodatkiem aluminiowych ram o wysokiej zawartości energii i szklanych dachów.
Wpływ na środowisko modułu fotowoltaicznego z krzemu obejmuje produkcję trzech głównych komponentów: ramy, modułu i komponentów pozostałych systemów, takich jak stelaż i falownik. [ 3 ] Gazy cieplarniane powstają głównie podczas produkcji modułów (81%), a następnie pozostałych systemów (12%) i ramy (7%) [ 3 ] ). Wymagania dotyczące zasobów w cyklu produkcyjnym podsumowano na rysunku 3.
Emisje dwutlenku węgla w cyklu życia
Emisje dwutlenku węgla w cyklu życia odnoszą się do emisji spowodowanych produkcją, transportem lub instalacją materiałów związanych z systemami fotowoltaicznymi. Oprócz samych modułów, typowa instalacja obejmuje kabel elektryczny i metalowy stelaż. Naziemne systemy fotowoltaiczne obejmują również betonowy fundament. Zdalne instalacje mogą wymagać dodatkowej infrastruktury do przesyłania energii elektrycznej do lokalnej sieci elektrycznej. Oprócz materiałów, analiza cyklu życia powinna obejmować dwutlenek węgla emitowany przez pojazdy podczas transportu modułów fotowoltaicznych między fabryką, magazynem i miejscem instalacji. Rysunek 4 porównuje względny udział tych czynników w oddziaływaniu dwutlenku węgla w całym okresie użytkowania pięciu typów modułów fotowoltaicznych. [ 5 ]
Emisje w transporcie
Transport odpowiada za około 9% emisji w cyklu życia ogniw fotowoltaicznych. [ 5 ] Moduły fotowoltaiczne, stelaże i osprzęt uzupełniający system (taki jak kable, złącza i wsporniki montażowe) są często produkowane za granicą i transportowane do Stanów Zjednoczonych statkiem. [ 6 ] W obrębie Stanów Zjednoczonych komponenty te są transportowane ciężarówkami do centrów dystrybucyjnych, a następnie do miejsca instalacji.
Emisje instalacji
Emisje związane z instalacją obejmują emisje pojazdów, zużycie materiałów i zużycie energii elektrycznej związane z lokalnymi działaniami budowlanymi w celu zainstalowania systemu. Działania te generują mniej niż 1% całkowitych emisji w cyklu życia systemu fotowoltaicznego. [ 6 ]
Emisje operacyjne
Podczas użytkowania modułów PV nie powstają żadne emisje do powietrza ani do wody. Podczas budowy modułów PV oddziałują na zlewnie powietrzne emisje rozpuszczalników i alkoholi, które przyczyniają się do powstawania fotochemicznego ozonu. Na zlewnie wodne oddziałuje budowa modułów z wydobywania zasobów naturalnych, takich jak kwarc, węglik krzemu, szkło i aluminium. Ogólnie rzecz biorąc, zastąpienie obecnej światowej sieci elektroenergetycznej centralnymi systemami PV doprowadziłoby do 89-98% redukcji emisji gazów cieplarnianych, zanieczyszczeń kryterialnych, metali ciężkich i gatunków radioaktywnych. [ 7 ]
Emisje składowania
Utylizacja modułów fotowoltaicznych z krzemu nie spowodowała znaczących skutków, ponieważ instalacje na dużą skalę zaczęto wykorzystywać dopiero w połowie lat 80. XX wieku, a żywotność modułów fotowoltaicznych wynosi co najmniej 30 lat. [ 8 ] Fthenakis i in. (2005) [ 2 ] wyraźnie wskazali na brak dostępnych danych na temat utylizacji lub recyklingu modułów fotowoltaicznych, dlatego też temat ten wymaga dokładniejszego zbadania.
LCA fotowoltaiki w porównaniu do innych źródeł energii
Całkowite emisje cyklu życia związane z produkcją energii fotowoltaicznej są nieco wyższe (od 2006 r. znacznie się obniżyły) niż w przypadku energii jądrowej, ale niższe niż w przypadku produkcji energii ze paliw kopalnych. Emisje gazów cieplarnianych w cyklu życia kilku technologii wytwarzania energii są wymienione poniżej: [ 3 ]
- Krzem PV: 45 g/kWh
- Węgiel: 900 g/kWh
- Gaz ziemny: 400-439 g/kWh
- Energia jądrowa: 20-40 g/kWh
W ciągu 20-30 lat swojego życia moduły słoneczne generują więcej energii elektrycznej, niż zostało zużyte podczas ich produkcji. Czas zwrotu energii określa minimalny okres użytkowania wymagany, aby moduł słoneczny wygenerował energię, która została użyta do jego wytworzenia. Jak pokazano w Tabeli 1, średni czas zwrotu energii wynosi 3-6 lat.
| Kraj | Miasto | Promieniowanie słoneczne (kWh/m2) | Szerokość | Wysokość (m) | Roczna produkcja (kWh/kWp) | EPBT | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australia | Sydnej | 1614 | 33,55 | 1 | 1319 | 3,728 | 7,5 |
| Austria | Wiedeń | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| Belgia | Bruksela | 946 | 50,5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Kanada | Ottawa | 1377 | 45,25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| Czechy | Praga | 1000 | 50,06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| Dania | Kopenhaga | 985 | 55,75 | 1 | 850 | 5,786 | 4.8 |
| Finlandia | Helsinki | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| Francja | Paryż | 1057 | 48,52 | 32 | 872 | 5,64 | 5 |
| Francja | Marsylia | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3,734 | 7,5 |
| Niemcy | Berlin | 999 | 52,32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| Niemcy | Monachium | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| Grecja | Ateny | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3,848 | 7.3 |
| Węgry | Budapeszt | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4,978 | 5.6 |
| Irlandia | Dublin | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| Włochy | Rzym | 1552 | 41,53 | 15 | 1315 | 3,74 | 7,5 |
| Włochy | Mediolan | 1251 | 45,28 | 103 | 1032 | 4,765 | 5.9 |
| Japonia | Tokio | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| Republika Korei | Seul | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| Luksemburg | Luksemburg | 1035 | 49,62 | 295 | 862 | 5,705 | 4.9 |
| Holandia | Amsterdam | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| Nowa Zelandia | Wellington | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| Norwegia | Osło | 967 | 59,56 | 13 | 870 | 5,653 | 5 |
| Portugalia | Lizbona | 1682 | 35,44 | 16 | 1388 | 3,543 | 7.9 |
| Hiszpania | Madryt | 1660 | 40,25 | 589 | 1394 | 3,528 | 7.9 |
| Hiszpania | Sewilla | 1754 | 37,24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| Szwecja | Sztokholm | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| Szwajcaria | Berno | 1117 | 46,57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| Indyk | Ankara | 1697 | 39,55 | 1102 | 1400 | 3,513 | 8 |
| Zjednoczone Królestwo | Londyn | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Zjednoczone Królestwo | Edynburg | 890 | 55,57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| Stany Zjednoczone | Waszyngton | 1487 | 38,52 | 14 | 1249 | 3,937 | 7.1 |
Przykłady
Odnośniki
- ↑ J. Pearce i A. Lau, „Analiza energii netto dla zrównoważonej produkcji energii z ogniw słonecznych na bazie krzemu”, Proceedings of American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, redaktor R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑Przejdź do:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema i MJ de Wild-Scholten (2005), Ocena cyklu życia ogniw fotowoltaicznych: spostrzeżenia, potrzeby i wyzwania, Konferencja specjalistów ds. fotowoltaiki IEEE, Orlando, Floryda.
- ↑Przejdź do:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V. i E. Alsema (2006), Czas zwrotu energii z fotowoltaiki, emisja gazów cieplarnianych i koszty zewnętrzne: stan na lata 2004–początek 2005 r., Progress in Photovoltaics, 14, 275–280.
- ↑Przejdź do:4.0 4.1 4.2 Ocena cyklu życia wytwarzania energii elektrycznej z ogniw fotowoltaicznych, A. Stoppato, Energy, Tom 33, Wydanie 2, Luty 2008, Strony 224-232
- ↑Przejdź do:5.0 5.1 5.2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi i K. Kurokawa (2007), Porównawcze badanie kosztów i analizy cyklu życia dla 100 MW bardzo dużych systemów fotowoltaicznych (VLS-PV) na pustyniach przy użyciu modułów m-Si, a-Si, CdTe i CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑Przejdź do:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi i K. Kurokawa (2007), Porównawcze badanie kosztów i analizy cyklu życia dla 100 MW bardzo dużych systemów fotowoltaicznych (VLS-PV) na pustyniach przy użyciu modułów m-Si, a-Si, CdTe i CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H. i E. Alsema (2008), Emisje z cykli życia ogniw fotowoltaicznych. Environmental Science Technology, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A. i S. Hegedus (2003), Podręcznik nauki i inżynierii fotowoltaicznej, Wiley, Hoboken, NJ.