Valutazzjoni taċ-Ċiklu tal-Ħajja (LCA) tal-Pannelli PV tas-Silikon

Sors: appropedia.org

Sfond

Teknoloġiji tal-enerġija alternattiva bħal moduli fotovoltajċi (Figura 1) qegħdin isiru aktar popolari madwar id-dinja. F ' 2008, għall-ewwel darba, investimenti mad-dinja kollha f'sorsi ta' enerġija alternattivi ġibdu aktar investituri minn fjuwils fossili, b'bilanċ ta '$ 155 biljun f'kapital nett kontra $ 110 biljun ta' investiment ġdid fiż-żejt, gass ​​naturali u faħam. L-enerġija solari ġġenerat $ 6. 5 biljun fi dħul mad-dinja kollha f ' 2004, u huwa mistenni li kważi t-triplu ta' dak bi dħul ipproġettat ta '$ 18. 5 biljun għal 2010.

It-teknoloġiji tal-enerġija alternattiva qed isiru dejjem aktar popolari madwar id-dinja minħabba aktar għarfien u tħassib rigward it-tniġġis u t-tibdil fil-klima globali. It-teknoloġiji tal-enerġija alternattiva joffru għażla ġdida biex tinkiseb enerġija utli minn sorsi li għandhom inqas impatt ambjentali fuq il-pjaneta. Imma kemm inqas?

Reviżjoni ppubblikata minn qabel tal-analiżi tal-enerġija netta tal-fotovoltajka bbażata fuq is-silikon^[1]sabet li t-tipi kollha ta 'silikon (amorfu, polikristallin u kristall wieħed) ibbażati f'FV iġġeneraw ħafna aktar enerġija matul ħajjithom milli jintużaw fil-produzzjoni tagħhom. Il-PV moderni tas-silikon kollha jħallsu lilhom infushom f'termini ta 'enerġija f'inqas minn 5 snin - anke f'xenarji ta' skjerament subottimali ħafna.

Dan l-artikolu jesplora l-impatti ambjentali kollha assoċjati mal-produzzjoni u l-użu tul il-ħajja tal-pannelli fotovoltajċi tas-silikon (PV).

X'inhu Valutazzjoni taċ-Ċiklu tal-Ħajja (LCA)

Valutazzjoni taċ-Ċiklu tal-Ħajja (LCA) tevalwa l-impatti ambjentali ta 'prodott jew proċess mill-produzzjoni għar-rimi^[2]. LCA jinvestiga l-inputs ta 'materjal u enerġija meħtieġa biex jipproduċi u juża prodott, l-emissjonijiet assoċjati ma' l-użu tiegħu, u l-impatti ambjentali ta 'rimi jew riċiklaġġ. L-LCA tista 'tinvestiga wkoll spejjeż esterni, bħal mitigazzjoni ambjentali, li huma meħtieġa mill-produzzjoni jew l-użu ta' prodott^[3].

Storja qasira tal-Enerġija Solari

L-ewwel ċellola fotovoltajka nbniet minn Charles Fritts, li bena ċellola ta ’30 cm mis-selenju u deheb f’ 1883^[4]. Teknoloġija fotovoltajka moderna tas-silikon ġiet skoperta f ' 1954 minn riċerkaturi fil-Bell Labs, li aċċidentalment żviluppaw il-pn-junction li tippermetti li l-fotovoltajka tipproduċi elettriku utli^[5]. F ' 1958, in-NASA bdiet tuża l-fotovoltajċi bħala sistemi ta' enerġija tal-backup għas-satelliti tagħha^[4]L-ewwel residenza li taħdem mix-xemx inbniet fl-Università ta 'Delaware f' 1973, u l-ewwel proġett fotovoltajka fuq skala megawatt ġie installat f'Kalifornja f ' 1984^[4].

Analiżi taċ-Ċiklu taċ-Ċiklu PV tas-Silikon

It-taqsima li ġejja fiha analiżi qasira taċ-ċiklu tal-ħajja ta ’pannelli PV tas-silikon. Il-fatturi taċ-ċiklu tal-ħajja diskussi jinkludu: l-enerġija meħtieġa għall-produzzjoni, l-emissjonijiet tad-dijossidu tal-karbonju taċ-ċiklu tal-ħajja, u l-emissjonijiet kollha tat-tniġġis iġġenerat matul pannelli PV ħajja utli minn: trasport, installazzjoni, operazzjoni, u r-rimi.

Rekwiżiti tal-Enerġija għall-Produzzjoni

Il-manifattura tal-fotovoltajka hija bil-kbir l-iktar pass intensiv fl-enerġija tal-moduli PV installati. Kif jidher fil-Figura 2, ammonti kbar ta 'enerġija jintużaw biex jibdlu r-ramel tas-silika fis-silikon ta' purità għolja meħtieġa għal wejfers fotovoltajċi. L-assemblaġġ tal-moduli PV huwa pass ieħor intensiv fir-riżorsi biż-żieda ta 'kontenut ta' enerġija għolja għall-inkwadru tal-aluminju u s-soqfa tal-ħġieġ.

L-impatt ambjentali ta 'modulu fotovoltajku tas-silikon jinvolvi l-produzzjoni ta' tliet komponenti ewlenin: il-qafas, il-modulu, u l-komponenti tal-bilanċ tas-sistema bħall-ixkaffa u l-inverter^[3]. Il-gassijiet serra huma kkawżati l-aktar mill-produzzjoni tal-modulu (81%), segwit mill-bilanċ tas-sistema (12%) u l-qafas (7%)^[3]). Ir-rekwiżiti ta 'riżorsi taċ-ċiklu ta' produzzjoni huma deskritti fil-qosor fil-Figura 3.

Figura 3: Iċ-ċiklu tal-produzzjoni u r-riżorsi meħtieġa ta 'modulu tas-silikon^[6].

Lifecyle Emissjonijiet ta 'dijossidu tal-karbonju

L-emissjonijiet taċ-ċiklu tad-dijossidu tal-karbonju jirreferu għall-emissjonijiet ikkawżati mill-produzzjoni, it-trasport, jew l-installazzjoni ta 'materjali relatati mas-sistemi fotovoltajċi. Minbarra l-moduli nfushom, l-installazzjoni tipika tinkludi kejbil elettriku u xtilliera tal-metall. Sistemi fotovoltajċi mmuntati fuq l-art jinkludu wkoll pedament tal-konkrit. Installazzjonijiet mill-bogħod jistgħu jeħtieġu infrastruttura addizzjonali għat-trasmissjoni ta 'l-elettriku għan-netwerk ta' l-elettriku lokali. Minbarra l-materjali, analiżi taċ-ċiklu tal-ħajja għandha tinkludi d-dijossidu tal-karbonju li joħroġ mill-vetturi waqt it-trasport tal-moduli fotovoltajċi bejn il-fabbrika, il-maħżen, u s-sit tal-installazzjoni. Il-Figura 4 tqabbel il-kontribuzzjonijiet relattivi ta 'dawn il-fatturi għall-impatti tul il-ħajja tad-dijossidu tal-karbonju ta' ħames tipi ta 'moduli fotovoltajċi^[7].

Figura 4:Emissjonijiet tad-dijossidu tal-karbonju tul il-ħajja għal installazzjonijiet fotovoltajċi fuq skala kbira, kategorizzati skont il-komponent. Dan il-graff jikkompara moduli tipiċi tas-silikon monokristallin (m-Si (a)), silikon monokristallin ta 'effiċjenza għolja (m-Si (b)), tellurium tal-kadmju (CdTe) u moduli tas-selenju tar-ram indju (CIS). Grafika mill-awturi, ibbażata fuq[7].

Emissjonijiet tat-Trasport

It-trasport jammonta għal madwar 9% tal-emissjonijiet taċ-ċiklu tal-ħajja tal-fotovoltajka^[7]. Moduli fotovoltajċi, xtillieri, u ħardwer tal-bilanċ tas-sistema (bħal kejbils, konnetturi, u parentesi ta 'mmuntar) huma spiss prodotti barra u ttrasportati lejn l-Istati Uniti bil-vapur^[8].Mill-Istati Uniti, dawn il-komponenti jinġarru minn trakk lejn ċentri ta 'distribuzzjoni u eventwalment lejn is-sit ta' installazzjoni.

Installazzjoni tal-Emissjonijiet

L-emissjonijiet assoċjati mal-installazzjoni jinkludu l-emissjonijiet ta 'vetturi, il-konsum tal-materjal, u l-konsum tal-elettriku assoċjat ma' attivitajiet ta 'kostruzzjoni lokali biex tinstalla s-sistema. Dawn l-attivitajiet jiġġeneraw inqas minn 1% tal-emissjonijiet totali taċ-ċiklu tal-ħajja tas-sistema fotovoltajka^[8].

Operazzjoni ta 'Emissjonijiet

M'hemm l-ebda emissjonijiet ta 'l-arja jew ta' l-ilma ġenerati waqt l-użu ta 'moduli PV. Il-aiirshed għandhom impatt fuq il-kostruzzjoni ta 'moduli PV minn emissjonijiet ta' solventi u alkoħol li jikkontribwixxu għal formazzjoni ta 'ożonu fotokimiku. Il-molliet tal-ilma huma milquta mill-kostruzzjoni ta ’moduli mill-estrazzjoni ta’ riżorsi naturali bħal kwarz, karbur tas-silikon, ħġieġ, u aluminju. B'mod ġenerali, is-sostituzzjoni ta 'l-elettriku kurrenti mad-dinja kollha bis-sistemi PV ċentrali twassal għal 89-98% tnaqqis fl-emissjonijiet ta' gass b'effett ta 'serra, kriterji li jniġġsu, metalli tqal u speċi radjuattivi^[9].

Emissjonijiet ta 'Rimi

Ir-rimi ta 'moduli fotovoltajċi tas-silikon ma kkawżax impatti sinifikanti minħabba li installazzjonijiet fuq skala kbira ilhom jintużaw biss minn nofs l-1980' i u l-moduli fotovoltajċi għandhom ħajja ta' mill-inqas 30 snin^[4]. Fthenakis et al. (2005)^[2]identifika speċifikament nuqqas ta 'dejta disponibbli dwar ir-rimi jew ir-riċiklaġġ ta' moduli fotovoltajċi, u għalhekk dan is-suġġett jirrikjedi investigazzjoni aktar bir-reqqa.

LCA tal-Fotovoltajka Imqabbel ma 'Sorsi Oħra ta' Enerġija

L-emissjonijiet totali taċ-ċiklu tal-ħajja assoċjat mal-produzzjoni tal-enerġija fotovoltajka huma ogħla minn dawk tal-enerġija nukleari iżda inqas minn dawk tal-produzzjoni tal-enerġija tal-fjuwil fossili. L-emissjonijiet tal-gass b'effett serra ta 'diversi teknoloġiji tal-ġenerazzjoni tal-enerġija huma elenkati hawn taħt:^[3].

• PV tas-silikon: 45 g / kWh

• Faħam: 900 g / kWh

• Gass naturali: 400-439 g / kWh

• Nukleari: 20-40 g / kWh

Matul il-ħajja 20-30 sena tagħhom, moduli solari jiġġeneraw aktar elettriku milli kien ikkunsmat matul il-produzzjoni tagħhom. Il-ħin għar-rimborż tal-enerġija jikkwantifika l-ħajja utli minima meħtieġa għal modulu solari biex tiġġenera l-enerġija li ntużat biex jiġi prodott il-modulu. Kif jidher fit-Tabella 1, il-ħin medju ta 'tpattija ta' l-enerġija huwa 3-6 snin.

Tabella 1: Times Pay Back Back għall-Enerġija (EPBT) u Fatturi ta 'Ritorn għall-Enerġija (ERF) ta' moduli PV installati f'diversi postijiet madwar id-dinja^[6].

Konklużjonijiet

Il-pannelli PV tas-silikon għandhom impatt ambjentali ta 'ċiklu ta' ħajja baxx meta mqabbel ma 'ħafna forom konvenzjonali ta' enerġija bħall-faħam u l-gass naturali. L-akbar emissjonijiet tal-karbonju kkawżati mill-użu ta ’pannelli PV huma dawk assoċjati mal-produzzjoni tal-moduli. L-Energy Pay Back Times (EPBT) ivarja bejn 3 u 6 snin għal diversi klimi solari madwar id-dinja. B'mod ġenerali, il-pannelli PV tas-silikon iħallsu lura l-ispejjeż meħtieġa tal-produzzjoni bil-quddiem tal-enerġija qabel il-ħajja utli tagħhom u huma ġeneraturi netti ta 'enerġija għall-biċċa l-kbira tal-ħajja utli tagħhom.

Referenzi