LCA of silicon PV panels/LCA ของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอน
เทคโนโลยีพลังงานทางเลือก เช่น แผง โซลาร์เซลล์ (รูปที่ 1) กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นทั่วโลก ในปี 2008 เป็นครั้งแรกที่การลงทุนใน แหล่ง พลังงานทางเลือก ทั่วโลก ดึงดูดนักลงทุนได้มากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยสร้างกำไรสุทธิได้ 155,000 ล้านดอลลาร์ เทียบกับการลงทุนใหม่ในน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน 110,000 ล้านดอลลาร์ พลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวสร้างรายได้ทั่วโลกได้ 6,500 ล้านดอลลาร์ในปี 2004 และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเกือบสามเท่า โดยคาดการณ์รายได้ในปี 2010 ไว้ที่ 18,500 ล้านดอลลาร์
เทคโนโลยีพลังงานทางเลือกได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นทั่วโลกเนื่องจากผู้คนตระหนักและกังวลมากขึ้นเกี่ยวกับมลพิษและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลก เทคโนโลยีพลังงานทางเลือกนำเสนอทางเลือกใหม่ในการได้รับพลังงานที่มีประโยชน์จากแหล่งที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า แต่จะน้อยลงแค่ไหน?
บทวิจารณ์ที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการวิเคราะห์พลังงานสุทธิของแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิกอน[ 1 ]พบว่าแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิกอนทุกประเภท (แบบอะมอร์ฟัส แบบโพลีคริสตัลไลน์ และแบบผลึกเดี่ยว) สร้างพลังงานได้มากกว่าที่ใช้ในการผลิตมากตลอดอายุการใช้งาน แผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ซิลิกอนสมัยใหม่ทั้งหมดคืนทุนได้ในแง่ของพลังงานภายในเวลาไม่ถึง 5 ปี แม้จะอยู่ในสถานการณ์การใช้งานที่ไม่เหมาะสมอย่างยิ่งก็ตาม
บทความนี้จะสำรวจผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการใช้งานแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอน (PV) ตลอดอายุการใช้งาน
การประเมินวงจรชีวิต (LCA) คืออะไร?
การประเมินวงจรชีวิต (LCA) ประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของผลิตภัณฑ์หรือกระบวนการตั้งแต่การผลิตจนถึงการกำจัด[ 2 ]การประเมินวงจรชีวิตจะตรวจสอบวัตถุดิบและพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตและใช้ผลิตภัณฑ์ การปล่อยมลพิษที่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการกำจัดหรือรีไซเคิล การประเมินวงจรชีวิตอาจตรวจสอบต้นทุนภายนอก เช่น การบรรเทาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งจำเป็นต่อการผลิตหรือการใช้ผลิตภัณฑ์[ 3 ]
การประเมินวงจรชีวิตแผงโซลาร์เซลล์ซิลิกอน
หัวข้อต่อไปนี้ประกอบด้วยการวิเคราะห์วงจรชีวิตโดยย่อของแผง PV ซิลิคอน ปัจจัยวงจรชีวิตที่กล่าวถึง ได้แก่ พลังงานที่จำเป็นสำหรับการผลิต การปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดวงจรชีวิต และมลพิษทั้งหมดที่เกิดขึ้นตลอดอายุการใช้งานของแผง PV ตั้งแต่การขนส่ง การติดตั้ง การใช้งาน และการกำจัด
ความต้องการพลังงานสำหรับการผลิต
การผลิตแผงโซลาร์เซลล์เป็นขั้นตอนที่ใช้พลังงานมากที่สุดในการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ ดังที่เห็นในรูปที่ 2 จะเห็นว่าต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการแปลงทรายซิลิกาให้เป็นซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งจำเป็นสำหรับเวเฟอร์โซลาร์เซลล์ การประกอบแผงโซลาร์เซลล์เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งที่ต้องใช้ทรัพยากรอย่างเข้มข้น โดยมีการเพิ่มโครงอะลูมิเนียมที่มีปริมาณพลังงานสูงและหลังคาแก้ว
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนเกี่ยวข้องกับการผลิตส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ โครง แผงโซลาร์เซลล์ และส่วนประกอบสมดุลของระบบ เช่น ชั้นวางและอินเวอร์เตอร์[ 3 ]ก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่เกิดจากการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ (81%) รองลงมาคือส่วนประกอบสมดุลของระบบ (12%) และโครง (7%) [ 3 ] ) ความต้องการทรัพยากรของวงจรการผลิตสรุปไว้ในรูปที่ 3
การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในวงจรชีวิต
การปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดอายุการใช้งานหมายถึงการปล่อยก๊าซที่เกิดจากการผลิต การขนส่ง หรือการติดตั้งวัสดุที่เกี่ยวข้องกับระบบโฟโตวอลตาอิค นอกจากตัวโมดูลเองแล้ว การติดตั้งทั่วไปยังรวมถึงสายไฟฟ้าและชั้นวางโลหะ ระบบโฟโตวอลตาอิคแบบติดพื้นยังรวมถึงฐานรากคอนกรีตด้วย การติดตั้งระยะไกลอาจต้องมีโครงสร้างพื้นฐานเพิ่มเติมสำหรับการส่งไฟฟ้าไปยังระบบไฟฟ้าในพื้นที่ นอกจากวัสดุแล้ว การวิเคราะห์อายุการใช้งานควรครอบคลุมถึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากยานพาหนะระหว่างการขนส่งโมดูลโฟโตวอลตาอิคระหว่างโรงงาน คลังสินค้า และสถานที่ติดตั้ง รูปที่ 4 เปรียบเทียบการมีส่วนสนับสนุนของปัจจัยเหล่านี้ต่อผลกระทบจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดอายุการใช้งานของโมดูลโฟโตวอลตาอิคทั้งห้าประเภท[ 5 ]
การปล่อยมลพิษจากการขนส่ง
การขนส่งคิดเป็นประมาณ 9% ของการปล่อยมลพิษตลอดอายุการใช้งานของแผงโซลาร์เซลล์[ 5 ]แผงโซลาร์เซลล์ ชั้นวาง และฮาร์ดแวร์ของระบบสมดุล (เช่น สายเคเบิล ขั้วต่อ และขายึด) มักผลิตในต่างประเทศและขนส่งไปยังสหรัฐอเมริกาโดยเรือ[ 6 ]ภายในสหรัฐอเมริกา ส่วนประกอบเหล่านี้จะถูกขนส่งด้วยรถบรรทุกไปยังศูนย์กระจายสินค้าและในที่สุดก็ไปยังสถานที่ติดตั้ง
การปล่อยมลพิษจากการติดตั้ง
การปล่อยมลพิษที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้ง ได้แก่ การปล่อยมลพิษจากยานพาหนะ การใช้วัสดุ และการใช้ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมการก่อสร้างในท้องถิ่นเพื่อติดตั้งระบบ กิจกรรมเหล่านี้ก่อให้เกิดการปล่อยมลพิษน้อยกว่า 1% ของวงจรชีวิตทั้งหมดของระบบโฟโตวอลตาอิค[ 6 ]
การปล่อยมลพิษจากการดำเนินงาน
ไม่มีการปล่อยมลพิษทางอากาศหรือทางน้ำระหว่างการใช้งานแผงโซลาร์เซลล์ แผงโซลาร์เซลล์ได้รับผลกระทบจากการปล่อยตัวทำละลายและแอลกอฮอล์ในระหว่างการก่อสร้างแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งก่อให้เกิดโอโซนทางเคมี แหล่งน้ำได้รับผลกระทบจากการก่อสร้างแผงโซลาร์เซลล์จากการสกัดทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ควอตซ์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ แก้ว และอะลูมิเนียม โดยรวมแล้ว การเปลี่ยนระบบส่งไฟฟ้าจากกริดทั่วโลกในปัจจุบันเป็นระบบโซลาร์เซลล์ส่วนกลางจะส่งผลให้การปล่อยก๊าซเรือนกระจก สารมลพิษตามเกณฑ์ โลหะหนัก และสารกัมมันตรังสีลดลง 89-98% [ 7 ]
การปล่อยมลพิษจากการกำจัด
การกำจัดแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากมีการใช้การติดตั้งขนาดใหญ่มาตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 1980 และแผงโซลาร์เซลล์มีอายุการใช้งานอย่างน้อย 30 ปี[ 8 ] Fthenakis et al. (2005) [ 2 ]ระบุอย่างชัดเจนถึงการขาดข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับการกำจัดหรือการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์ ดังนั้นหัวข้อนี้จึงสมควรได้รับการตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนมากขึ้น
LCA ของพลังงานแสงอาทิตย์เทียบกับแหล่งพลังงานอื่น
ปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกตลอดวงจรชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์นั้นสูงกว่าพลังงานนิวเคลียร์เล็กน้อย (ณ ปี 2549 ปัจจุบันปริมาณการปล่อยดังกล่าวลดลงอย่างมาก) แต่ต่ำกว่าพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ผลิตได้ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกตลอดวงจรชีวิตของเทคโนโลยีการผลิตพลังงานหลายประเภทมีดังต่อไปนี้: [ 3 ]
- ซิลิกอน PV: 45 กรัม/kWh
- ถ่านหิน: 900 กรัม/kWh
- ก๊าซธรรมชาติ : 400-439 กรัม/kWh
- นิวเคลียร์: 20-40 กรัม/kWh
ในช่วงอายุการใช้งาน 20-30 ปี แผงโซลาร์เซลล์จะผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าที่ใช้ในการผลิต ระยะเวลาคืนทุนพลังงานจะระบุอายุการใช้งานขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ในการสร้างพลังงานที่ใช้ในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ ดังที่แสดงในตารางที่ 1 ระยะเวลาคืนทุนพลังงานโดยเฉลี่ยคือ 3-6 ปี
| ประเทศ | เมือง | ปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ (kWh/m2) | ละติจูด | ความสูง (ม.) | ผลผลิตประจำปี (kWh/kWp) | อีพีบีที | อีอาร์เอฟ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ออสเตรเลีย | ซิดนีย์ | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| ออสเตรีย | เวียนนา | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| เบลเยียม | บรัสเซลส์ | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| แคนาดา | ออตตาวา | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| สาธารณรัฐเช็ก | ปราก | 1,000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| เดนมาร์ก | โคเปนเฮเกน | 985 | 55.75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| ฟินแลนด์ | เฮลซิงกิ | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| ฝรั่งเศส | ปารีส | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
| ฝรั่งเศส | มาร์กเซย | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| ประเทศเยอรมนี | เบอร์ลิน | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| ประเทศเยอรมนี | มิวนิค | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| กรีซ | เอเธนส์ | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| ฮังการี | บูดาเปสต์ | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| ไอร์แลนด์ | ดับลิน | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| อิตาลี | กรุงโรม | 1552 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
| อิตาลี | มิลาน | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| ประเทศญี่ปุ่น | โตเกียว | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| สาธารณรัฐเกาหลี | โซล | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| ลักเซมเบิร์ก | ลักเซมเบิร์ก | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| ประเทศเนเธอร์แลนด์ | อัมสเตอร์ดัม | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| นิวซีแลนด์ | เวลลิงตัน | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| นอร์เวย์ | ออสโล | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| โปรตุเกส | ลิสบอน | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| สเปน | มาดริด | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| สเปน | เซบีย่า | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| สวีเดน | สตอกโฮล์ม | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| สวิตเซอร์แลนด์ | เบิร์น | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| ไก่งวง | อังการา | 1697 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| สหราชอาณาจักร | ลอนดอน | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| สหราชอาณาจักร | เอดินเบอระ | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| ประเทศสหรัฐอเมริกา | วอชิงตัน | 1487 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
ตัวอย่าง
อ้างอิง
- ↑ J. Pearce และ A. Lau, "การวิเคราะห์พลังงานสุทธิสำหรับการผลิตพลังงานอย่างยั่งยืนจากเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ซิลิกอน" เอกสารการประชุมของ American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy บรรณาธิการ R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑ กระโดดขึ้นไป:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema และ MJ de Wild-Scholten (2005) การประเมินวงจรชีวิตของพลังงานแสงอาทิตย์: การรับรู้ ความต้องการ และความท้าทาย การประชุม IEEE Photovoltaics Specialists เมืองออร์แลนโด รัฐฟลอริดา
- ↑ กระโดดขึ้นไป:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V. และ E. Alsema (2006) ระยะเวลาคืนทุนพลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ การปล่อยก๊าซเรือนกระจก และต้นทุนภายนอก สถานะปี 2004-ต้นปี 2005 ความก้าวหน้าด้านไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ 14, 275-280
- ↑ กระโดดขึ้นไป:4.0 4.1 4.2 การประเมินวงจรชีวิตของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ A. Stoppato, Energy, เล่มที่ 33, ฉบับที่ 2, กุมภาพันธ์ 2551, หน้า 224-232
- ↑ กระโดดขึ้นไป:5.0 5.1 5.2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi และ K. Kurokawa (2007) การศึกษาวิจัยเชิงเปรียบเทียบต้นทุนและการวิเคราะห์วงจรชีวิตสำหรับระบบ PV ขนาดใหญ่มาก 100 เมกะวัตต์ (VLS-PV) ในทะเลทรายโดยใช้โมดูล m-Si, a-Si, CdTe และ CIS ความก้าวหน้าด้านโฟโตโวลตาอิกส์ 16, 17-30
- ↑ กระโดดขึ้นไป:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi และ K. Kurokawa (2007) การศึกษาวิจัยเชิงเปรียบเทียบต้นทุนและการวิเคราะห์วงจรชีวิตสำหรับระบบ PV ขนาดใหญ่มาก 100 เมกะวัตต์ (VLS-PV) ในทะเลทรายโดยใช้โมดูล m-Si, a-Si, CdTe และ CIS ความก้าวหน้าด้านโฟโตโวลตาอิกส์ 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H. และ E. Alsema (2008), การปล่อยมลพิษจากวงจรชีวิตของโฟโตวอลตาอิคส์ Environmental Science Technology, 42, 2168-2174
- ↑ Luque, A. และ S. Hegedus (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley, Hoboken, NJ