Evaluarea ciclului de viață (LCA) al panourilor fotovoltaice din siliciu

Sursa: appropedia.org

Fundal

Tehnologiile energetice alternative, ar fi modulele fotovoltaice (Figura 1) devin din ce în ce mai populare în întreaga lume. În 2008, pentru prima dată, investițiile la nivel mondial în surse alternative de energie a atras mai mulți investitori decât combustibilii fosili, compensare 155 miliarde dolari în capital net față de 110 miliarde dolari de noi investiții în petrol, gaze naturale și cărbune. Energia solară singur generat 6.5 miliarde dolari în venituri la nivel mondial în 2004, și este de așteptat să aproape triplu că, cu venituri proiectate de 18.5 miliarde dolari pentru 2010.

Tehnologiile energetice alternative devin din ce în ce mai populare în întreaga lume datorită unei mai mari conștientizări și preocupări cu privire la poluare și la schimbările climatice globale. Tehnologiile energetice alternative oferă o nouă opțiune pentru obținerea de energie utilă din surse care au un impact mai mic asupra mediului asupra planetei. Dar cât de mult mai puțin?

O revizuire publicată anterior a analizei energetice nete a fotovoltaicelor pe bază de siliciu^[1]a constatat că toate tipurile de siliciu (amorf, policristalină și singur cristal) pe bază de PV generat mult mai multă energie pe parcursul vieții lor decât este utilizat în producția lor. Toate moderne de siliciu PV plăti pentru ei înșiși în termeni de energie în mai puțin de 5 ani - chiar și în scenarii de implementare extrem de suboptime.

Acest articol explorează toate impacturile asupra mediului asociate cu producția și utilizarea pe viață a panourilor fotovoltaice de siliciu (PV).

Ce este o evaluare a ciclului de viață (LCA)

O evaluare a ciclului de viață (LCA) evaluează impactul asupra mediului al unui produs sau al unui proces, de la producție la eliminare^[2]. O LCA investighează intrările de materiale și energie necesare pentru producerea și utilizarea unui produs, emisiile asociate utilizării sale și impactul eliminării sau reciclării asupra mediului. LCA poate investiga, de asemenea, costurile externe, ar fi atenuarea mediului, care sunt necesare prin producerea sau utilizarea unui produs^[3].

Scurta istorie a energiei solare

Prima celulă fotovoltaică a fost construită de Charles Fritts, care a construit o celulă de 30 cm din seleniu și aur în 1883.^[4]. Tehnologia fotovoltaică modernă a silicilor a fost descoperită în 1954 de cercetătorii de la Bell Labs, care au dezvoltat accidental joncțiunea PN care permite fotovoltaicelor să producă energie electrică utilă.^[5]. În 1958, NASA a început să folosească fotovoltaice ca sisteme de alimentare de rezervă pentru sateliții săi^[4]Prima reședință alimentată cu energie solară a fost construită la Universitatea din Delaware în 1973, iar primul proiect fotovoltaic la scară megawatt a fost instalat în California în 1984.^[4].

Silicon PV Panel Lifecycle Analiza

Următoarea secțiune conține o scurtă analiză a ciclului de viață a panourilor fotovoltaice din siliciu. Factorii ciclului de viață discutate includ: energia necesară pentru producție, emisiile de dioxid de carbon din ciclul de viață și toate emisiile de poluare generate de un panouri fotovoltaice de viață utilă din: transport, instalare, exploatare și eliminare.

Cerințe de energie pentru producție

Industria fotovoltaică este în mare măsură cea mai mare măsură energetică a modulelor fotovoltaice instalate. După se vede în figura 2, cantități mari de energie sunt utilizate pentru a converti nisipul de silice în siliciu de înaltă puritate necesar pentru plachetele fotovoltaice. Asamblarea modulelor fotovoltaice este un alt pas intensiv de resurse, cu adăugarea de conținut ridicat de aluminiu încadrare și acoperișuri de sticlă.

Impactul asupra mediului al unui modul fotovoltaic pe bază de siliciu implică producerea a trei componente principale: cadrul, modulul și componentele echilibrului sistemului, ar fi rack-ul și invertorul^[3]. Gazele cu efect de seră sunt cauzate în principal de producția de module (81%), urmată de balanța sistemului (12%) și cadru (7%)^[3]). Cerințele de resurse ale ciclului de producție sunt rezumate în figura 3.

Figura 3: Ciclul de producție și resursele necesare ale unui modul de siliciu^[6].

Lifecyle Emisii de dioxid de carbon

Emisiile de dioxid de carbon pe durata ciclului de viață se referă la emisiile cauzate de producția, transportul sau instalarea de materiale legate de sistemele fotovoltaice. În plus față de modulele în sine, instalația tipică include cablu electric și un rack metalic. Sistemele fotovoltaice montate la sol includ, de asemenea, o fundație din beton. Instalațiile la distanță pot necesita o infrastructură suplimentară pentru transmiterea energiei electrice către rețeaua electrică locală. În plus față de materiale, o analiză a ciclului de viață ar trebui să includă dioxidul de carbon emis de vehicule în timpul transportului modulelor fotovoltaice între fabrică, depozit și locul de instalare. Figura 4 compară contribuțiile relative ale acestor factori la impactul dioxidului de carbon pe viață a cinci tipuri de module fotovoltaice^[7].

În figura 4:Emisiile de dioxid de carbon pe viață pentru instalațiile fotovoltaice la scară largă, clasificate în funcție de componentă. Acest grafic compară modulele tipice de siliciu monocristalin [m-Si(a)], modulele de siliciu monocristalin de înaltă eficiență [m-Si(b)], telurul cadmiului (CdTe) și modulele de seleniu de indiu de cupru (CSI). Grafic de autori, bazat pe[7].

Emisii de transport

Transportul reprezintă aproximativ 9% din emisiile pe ciclu de viață ale fotovoltaicelor^[7]. Modulele fotovoltaice, rack-urile și hardware-ul sistemului (cum ar fi cablurile, conectorii și suporturile de montare) sunt frecvent produse în străinătate și transportate în Statele Unite cu ajutorul navei^[8]. În Statele Unite, aceste componente sunt transportate cu camionul la centrele de distribuție și, în cele din urmă, la locul de instalare.

Emisii de instalare

Emisiile asociate instalării includ emisiile vehiculelor, consumul de materiale și consumul de energie electrică asociate activităților locale de construcție pentru instalarea sistemului. Aceste activități generează mai puțin de 1 % din totalul emisiilor pe ciclu de viață ale sistemului fotovoltaic^[8].

Emisii de exploatare

Nu există emisii de aer sau apă generate în timpul utilizării modulelor fotovoltaice. Magaziile de aer sunt afectate în timpul construcției modulelor fotovoltaice din emisii de solvent și alcool care contribuie la formarea de ozon fotochimic. Bazinele hidrografice sunt afectate de construirea de module de la extracția resurselor naturale, ar fi cuarț, carbură de siliciu, sticlă și aluminiu. În general, înlocuirea energiei electrice actuale la nivel mondial cu sistemefotovoltane centrale ar conduce la reduceri cu 89-98% ale emisiilor de gaze cu efect de seră, a criteriilor de poluanți, metale grele și a speciilor radioactive^[9].

Eliminarea emisiilor

Eliminarea modulelor fotovoltaice pe bază de siliciu nu a cauzat efecte semnificative, deoarece instalațiile la scară largă au fost utilizate numai de la mijlocul anilor 1980, iar modulele fotovoltaice au durate de viață de cel puțin 30 de ani^[4]. Fthenakis et al. (2005) (în 2005)^[2]a identificat în mod specific lipsa datelor disponibile privind eliminarea sau reciclarea modulelor fotovoltaice, astfel încât acest subiect justifică o investigație mai aprofundată.

LCA de fotovoltaice comparativ cu alte surse de energie

Emisiile totale ale ciclului de viață asociate producției de energie fotovoltaică sunt mai mari decât cele ale energiei nucleare, dar mai mici decât cele ale producției de energie pe bază de combustibili fosili. Emisiile de gaze cu efect de seră pe ciclu de viață ale mai multor tehnologii de producere a energiei sunt enumerate mai jos:^[3].

• Silicon PV: 45 g/kWh

• Cărbune: 900 g/kWh

• Gaze naturale: 400-439 g/kWh

• Nucleară: 20-40 g/kWh

În timpul duratei lor de viață de 20-30 de ani, modulele solare generează mai multă energie electrică decât a fost consumată în timpul producției lor. Timpul de răzbunare a energiei cuantifică durata minimă de viață utilă necesară pentru ca un modul solar să genereze energia care a fost utilizată pentru a produce modulul. După se arată în Tabelul 1, timpul mediu de rambursare a energiei este de 3-6 ani.

Tabelul 1: Energy Pay Back Times (EPBT) și Energy Return Factors (ERF) de module fotovoltaice instalate în diferite locații din întreaga lume^[6].

Concluziile

Panourile fotovoltaice din siliciu au un impact scăzut asupra mediului în comparație cu majoritatea formelor convenționale de energie, ar fi cărbunele și gazele naturale. Cele mai mari emisii de carbon cauzate de utilizarea panourilor fotovoltaice sunt cele asociate cu producția de module. Energie Pay Back Times (EPBT) variază între 3 și 6 ani pentru diferite climate solare din întreaga lume. În general, panourile fotovoltaice din siliciu revin în avans costurilor de producție cu mult înainte de durata lor de viață utilă și sunt generatoare de energie netă pentru cea mai mare parte a duratei lor de viață utile.

Referinţe