Šaltinis: appropedia.org
Bendrosios aplinkybės
Alternatyvios energijos technologijos, tokios kaip fotovoltiniai moduliai ( 1 paveikslas), populiarėja visame pasaulyje. 2008 pirmą kartą pasaulinės investicijos į alternatyvius energijos šaltinius pritraukė daugiau investuotojų nei iškastinis kuras, uždirbančios 155 mlrd. USD grynąjį kapitalą, palyginti su 110 mlrd. USD naujų investicijų į naftą, gamtinės dujos ir anglis. Vien tik saulės energija uždirbo 6 USD. 5 milijardų pajamų visame pasaulyje per 2004, ir tikimasi, kad ji išaugs beveik trigubai daugiau nei numatomos pajamos yra 18 USD. 5 milijardas už 2010.
Alternatyviosios energijos technologijos tampa vis populiaresnės visame pasaulyje dėl didesnio supratimo ir susirūpinimo tarša bei globalios klimato kaitos. Alternatyvios energijos technologijos siūlo naują variantą, kaip gauti naudingą energiją iš šaltinių, kurie daro mažesnį poveikį aplinkai planetoje. Bet kiek mažiau?
Anksčiau paskelbta silicio fotoelektros energijos grynosios analizės apžvalga[1]nustatė, kad visų rūšių silicio (amorfinio, polikristalinio ir monokristalinio) pagrindu pagaminta PV per savo eksploatavimo laiką sukuria daug daugiau energijos, nei naudojama jų gamyboje. Visi šiuolaikiniai silicio PV moka patys už energiją mažiau nei per 5 metus - net ir esant ne itin optimaliam diegimo scenarijui.
Šiame straipsnyje nagrinėjamas visas poveikis aplinkai, susijęs su silicio fotoelektrinių (PV) plokščių gamyba ir naudojimu visą gyvenimą.
Kas yra gyvenimo ciklo įvertinimas (LCA)
Gyvavimo ciklo vertinimas (LCA) įvertina produkto ar proceso poveikį aplinkai nuo gamybos iki šalinimo[2]. LCA tiria medžiagas ir energijos sąnaudas, kurių reikia gaminant ir naudojant produktą, su jo naudojimu susijusias emisijas ir šalinimo ar perdirbimo poveikį aplinkai. LCA taip pat gali ištirti išorines išlaidas, tokias kaip aplinkos sušvelninimas, kurios yra būtinos gaminant ar naudojant produktą[3].
Trumpa saulės energijos istorija
Pirmąjį fotoelektrinį elementą pastatė Charlesas Frittsas, kuris 1883 iš seleno ir aukso pastatė 30 cm ilgio elementą.[4]. Šiuolaikinę silicio fotoelektros technologiją 1954 atrado „Bell Labs“ tyrėjai, atsitiktinai sukūrę pn jungtį, leidžiančią fotoelektros energijai gaminti naudingą elektrą[5]. 1958 NASA pradėjo naudoti fotoelektrą kaip atsarginę savo palydovų maitinimo sistemą[4]Pirmoji saulės energija varoma rezidencija buvo pastatyta Delavero universitete 1973, o pirmasis megavatų galios fotovoltinės energijos projektas buvo pastatytas Kalifornijoje 1984.[4].
Silicio PV plokštės gyvavimo ciklo analizė
Šiame skyriuje pateikiama trumpa silicio PV plokščių gyvavimo ciklo analizė. Aptarti gyvavimo ciklo veiksniai: gamybai reikalinga energija, viso ciklo metu išmetamas anglies dioksido kiekis ir visos taršos, išmetamos per visą fotoelektrinių plokščių naudingo tarnavimo laiką: transportavimo, įrengimo, eksploatavimo ir šalinimo metu.
Gamybos energijos reikalavimai
Fotoelektrinių elementų gamyba yra daugiausiai energijos reikalaujantis įdiegtų PV modulių žingsnis. Kaip parodyta 2 paveiksle, silicio smėlis paverčiamas didelio grynumo siliciu, reikalingu fotovoltiniams vafliams, sunaudojamas didelis kiekis energijos. PV modulių surinkimas yra dar vienas išteklių reikalaujantis žingsnis, pridedant daug energijos turinčio aliuminio rėmą ir stiklinę stogo dangą.
Pav. 2: Energijos poreikis gamybos etapuose, gaminant PV plokštes, kaip procentai nuo 1494 MJ / plokštės bendrojo energijos reikalavimo (GER) (~ 0. 65 m {{4 }}paviršius)[6].
Silicio fotoelektrinio modulio poveikis aplinkai apima trijų pagrindinių komponentų: rėmo, modulio ir sistemos balanso komponentų, tokių kaip stovas ir keitiklis, gamybą.[3]. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos daugiausia susidaro dėl modulio gamybos (81%), po to seka sistemos (12%) ir rėmo (7%) balansas.[3]). Gamybos ciklo išteklių poreikiai yra apibendrinti 3 paveiksle.
3 pav.: Silicio modulio gamybos ciklas ir reikalingi ištekliai[6].
Gyvenimo ciklo anglies dioksido išmetimas
Anglies dioksido išmetimas gyvavimo ciklo metu reiškia išmetimą, atsirandantį gaminant, transportuojant ar montuojant medžiagas, susijusias su fotoelektrinėmis sistemomis. Be pačių modulių, į tipinę instaliaciją įeina elektros kabelis ir metalinis stovas. Ant žemės įmontuotos fotoelektros sistemos taip pat apima betoninį pagrindą. Nuotoliniams įrenginiams gali prireikti papildomos infrastruktūros, kad būtų galima perduoti elektrą į vietinį elektros tinklą. Be medžiagų, į gyvavimo ciklo analizę turėtų būti įtrauktas anglies dioksidas, išmetamas iš transporto priemonių, gabenant fotovoltinius modulius tarp gamyklos, sandėlio ir montavimo vietos. Paveikslėlyje 4 lyginamas santykinis šių veiksnių indėlis į viso eksploatavimo laikotarpio penkių tipų fotoelektrinių modulių anglies dioksido poveikį.[7].
4 paveikslas:Visą gyvenimą išmetamas anglies dioksido kiekis didelio masto fotovoltiniuose įrenginiuose, suskirstytuose į kategorijas pagal komponentus. Ši diagrama palygina tipinius monokristalinio silicio modulius (m-Si (a)), didelio efektyvumo monokristalinius silicio (m-Si (b)), kadmio tellūro (CdTe) ir vario indio seleno (CIS) modulius. Autorių sudaryta schema, pagrįsta[7].
Transporto išmetimai
Transportas sudaro apie 9% viso fotoelektros būvio ciklo[7]. Fotoelektriniai moduliai, lentynos ir sistemos balanso aparatūra (pvz., Kabeliai, jungtys ir tvirtinimo kronšteinai) dažnai gaminami užsienyje ir gabenami į JAV laivu[8].Yra JAV šie komponentai sunkvežimiu gabenami į paskirstymo centrus ir galiausiai į montavimo vietą.
Diegimo išmetimai
Išmetami teršalai, susiję su įrengimu, apima transporto priemonių išmetamus teršalus, medžiagų sąnaudas ir elektros energijos sąnaudas, susijusias su vietos statybų veikla sistemai įdiegti. Ši veikla sukuria mažiau kaip 1% viso fotoelektrinės sistemos išmetamo teršalų kiekio[8].
Eksploatacijos išmetimai
Naudojant PV modulius, neišsiskiria nei oro, nei vandens teršalai. Airsheds turi įtakos statant PV modulius iš tirpiklių ir alkoholio išmetimų, kurie prisideda prie fotocheminio ozono susidarymo. Vandens telkiniams įtakos turi moduliai, išgaunami iš gamtos išteklių, tokių kaip kvarcas, silicio karbidas, stiklas ir aliuminis. Apskritai, pakeitus dabartinę visame pasaulyje naudojamą elektros energiją centrinėmis PV sistemomis, 89–98% sumažės šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas, kriterijai - teršalai, sunkieji metalai ir radioaktyviosios rūšys.[9].
Šalinimo teršalai
Silicio fotoelektrinių modulių sunaikinimas nepadarė reikšmingo poveikio, nes didelio masto instaliacijos buvo naudojamos tik nuo 1980 m. Vidurio' fotoelektrinių modulių tarnavimo laikas yra mažiausiai 30 metų.[4]. Fthenakis ir kt. (2005)[2]konkrečiai nustatė, kad trūksta duomenų apie fotoelektrinių modulių sunaikinimą ar perdirbimą, todėl šią temą reikėtų nuodugniau ištirti.
Fotoelektros LCA, palyginti su kitais energijos šaltiniais
Bendras su fotoelektros energijos gamyba susijęs gyvavimo ciklo išmetamųjų teršalų kiekis yra didesnis nei branduolinės energijos, tačiau mažesnis nei iškastinio kuro energijos gamybos metu. Kelių energijos gamybos technologijų metu išmetamos šiltnamio efektą sukeliančios dujos yra išvardytos toliau:[3].
Silicio PV: 45 g / kWh
Anglis: 900 g / kWh
Gamtinės dujos: 400–439 g / kWh
Branduolinis: 20–40 g / kWh
Per savo 20–30 metų gyvenimą saulės moduliai sukuria daugiau elektros energijos, nei buvo sunaudota jų gamybos metu. Energijos atsipirkimo laikas išreiškia minimalų naudingą tarnavimo laiką, reikalingą saulės moduliui generuoti energiją, kuri buvo naudojama moduliui gaminti. Kaip parodyta 1 lentelėje, vidutinis energijos atsipirkimo laikas yra 3–6 metai.
1 lentelė: Įvairiose vietose visame pasaulyje sumontuotų PV modulių energijos atsipirkimo laikas (EPBT) ir energijos grąžinimo faktoriai (ERF).[6].
Šalis | Miestas | Saulės radiacija | Platuma | Aukštis | Metinė produkcija | EPBT | ERF |
(kWh / m 2) | (m) | (kWh / kWp) | (metai) | ||||
Australija | Sidnėjus | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
Austrijoje | Viena | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
Belgija | Briuselis | 946 | 50.5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
Kanada | Otava | 1377 | 45.25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
Čekijos Respublika | Prahoje | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
Danija | Kopenhaga | 985 | 55.75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
Suomija | Helsinkis | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
Prancūzijoje | Paryžius | 1057 | 48.52 | 32 | 872 | 5.64 | 5 |
Prancūzijoje | Marselis | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
Vokietija | Berlynas | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
Vokietija | Miunchenas | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
Graikija | Atėnai | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
Vengrija | Budapeštas | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
Airija | Dublinas | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
Italijoje | Roma | 1552 | 41.53 | 15 | 1315 | 3.74 | 7.5 |
Italijoje | Milanas | 1251 | 45.28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
Japonija | Tokijas | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
Korėjos Respublika | Seulas | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
Liuksemburgas | Liuksemburgas | 1035 | 49.62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
Olandija | Amsterdamas | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
Naujoji Zelandija | Velingtonas | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
Norvegija | Oslas | 967 | 59.56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
Portugalija | Lisabona | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
Ispanija | Madridas | 1660 | 40.25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
Ispanija | Sevilija | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
Švedija | Stokholmas | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
Šveicarija | Bernas | 1117 | 46.57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
Turkija | Ankara | 1697 | 39.55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
Jungtinė Karalystė | Londonas | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
Jungtinė Karalystė | Edinburge | 890 | 55.57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
Jungtinės Valstijos | Vašingtonas | 1487 | 38.52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Išvados
Silicio PV plokščių poveikis aplinkai, palyginti su įprastinėmis energijos rūšimis, tokiomis kaip anglis ir gamtinės dujos, yra nedidelis. Didžiausios anglies emisijos, susijusios su PV plokščių naudojimu, yra susijusios su modulių gamyba. Įvairiems saulės klimatams visame pasaulyje energijos atsipirkimo laikas (EPBT) svyruoja nuo 3 iki 6 metų. Apskritai, silicio PV plokštės atsiperka būtinas išankstines energijos gamybos sąnaudas dar prieš jų naudingą tarnavimo laiką ir didžiąją dalį jų naudingo tarnavimo laiko yra grynosios energijos generatoriai.
Nuorodos
1 J. Pearce'as ir A. Lau, „GG quot“; Tvarios energijos, gaunamos iš silicio pagrindu pagamintų saulės elementų, grynosios energijos analizė; -Kaip, 2002.pdf
4 Luque, A. ir S. Hegedus (2003), fotoelektros mokslo ir inžinerijos vadovas, Wiley, Hoboken, NJ.
5 Goetzbergeris, A. ir VU Hoffmannas (2005), fotovoltinės saulės energijos generavimas, „Springer“, Niujorkas, Niujorkas.
6 Fotoelektrinės elektros energijos gamybos ciklo įvertinimas, A. Stoppato, Energija, 33 tūris, leidimas 2, vasario 2 008, puslapiai 2 24-232
7 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi ir K. Kurokawa (2007), lyginamasis 100 išlaidų ir gyvavimo ciklo analizės tyrimas. MW labai didelio masto PV (VLS-PV) sistemos dykumose, naudojant m-Si, a-Si, CdTe ir CIS modulius, „Progress in Photovoltaics“, 16, 17–30 d.
8 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi ir K. Kurokawa (2007), lyginamasis 100 išlaidų ir gyvavimo ciklo analizės tyrimas. MW labai didelio masto PV (VLS-PV) sistemos dykumose, naudojant m-Si, a-Si, CdTe ir CIS modulius, „Progress in Photovoltaics“, 16, 17–30 d.
9 Fthenakis, V., Kim, H. ir E. Alsema (2008), fotovoltinės energijos ciklo išmetami teršalai. Aplinkosaugos mokslo technologija, 42, 2168-2174.
