LCA de panouri fotovoltaice din siliciu
Tehnologiile alternative de energie, cum 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 au atras mai mulți investitori decât combustibilii fosili, obținând 155 de miliarde de dolari în capital net față de 110 de miliarde de dolari de noi investiții în petrol, gaze naturale și cărbune. Numai energia solară a generat venituri la nivel mondial de 6,5 miliarde de dolari în 2004 și este de așteptat să se tripleze, cu venituri estimate de 18,5 miliarde de dolari pentru 2010.
Tehnologiile alternative ale energiei devin din ce în ce mai populare în întreaga lume, din cauza conștientizării și preocupărilor mai mari cu privire la poluare și la schimbările climatice globale . Tehnologiile alternative de energie oferă o nouă opțiune pentru obținerea de energie utilă din surse care au un impact mai mic asupra mediului asupra planetei. Dar cu cât mai puțin?
O revizuire publicată anterior a analizei energiei nete a fotovoltaicilor pe bază de siliciu [ 1 ] a constatat că toate tipurile de fotovoltaice pe bază de siliciu (amorf, policristalin și monocristal) au generat mult mai multă energie pe durata de viață decât este utilizată în producția lor. Toate fotovoltaicele moderne cu siliciu se plătesc singure 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 durata de viață a panourilor fotovoltaice cu siliciu (PV).
Ce este o evaluare a ciclului de viață (LCA)?
A Life Cycle Assessment (LCA) evaluates the environmental impacts of a product or process from production to disposal.[2] An LCA investigates the material and energy inputs required to produce and use a product, the emissions associated with its use, and the environmental impacts of disposal or recycling. The LCA may also investigate external costs, such as environmental mitigation, that are made necessary by the production or use of a product.[3]
Silicon PV panel Life Cycle Assessment
The following section contains a brief lifecycle analysis of silicon PV panels. The lifecycle factors discussed include: the energy required for production, the lifecycle carbon dioxide emissions, and all of the pollution emissions generated throughout a PV panels useful life from: transportation, installation, operation, and disposal.
Energy requirements for production
Manufacturing photovoltaics is overwhelmingly the most energy intensive step of installed PV modules. As seen in Figure 2, large amounts of energy are used to convert silica sand into the high purity silicon required for photovoltaic wafers. The assembling of the PV modules is another resource intensive step with the addition of high energy content aluminum framing and glass roofing.
The environmental impact of a silicon photovoltaic module involves the production of three main components: the frame, the module, and balance-of-system components such as the rack and inverter.[3] Greenhouse gases are caused mostly by module production (81%), followed by the balance of system (12%) and frame (7%)[3]). Resource requirements of the production cycle are summarized in Figure 3.
Lifecycle carbon dioxide emissions
Emisiile de dioxid de carbon din ciclul de viață se referă la emisiile cauzate de producția, transportul sau instalarea materialelor legate de sistemele fotovoltaice. Pe lângă modulele în sine, instalația tipică include cablu electric și un suport metalic. Sistemele fotovoltaice montate la sol includ și o fundație din beton. Instalațiile de la distanță pot necesita infrastructură suplimentară pentru transportul energiei electrice către rețeaua electrică locală. Pe lângă 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 durata de viață a cinci tipuri de module fotovoltaice. [ 5 ]
Emisii de transport
Transportul reprezintă aproximativ 9% din emisiile pe ciclul de viață ale fotovoltaicilor. [ 5 ] Modulele fotovoltaice, rafturile și hardware-ul de echilibrare a sistemului (cum ar fi cabluri, conectori și suporturi de montare) sunt adesea produse în străinătate și transportate în Statele Unite cu vaporul. [ 6 ] În Statele Unite, aceste componente sunt transportate cu camionul la centrele de distribuție și, eventual, la locul de instalare.
Emisiile instalației
Emisiile asociate cu instalarea 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 emisiile totale pe ciclul de viață ale sistemului fotovoltaic. [ 6 ]
Emisii de exploatare
Nu există emisii de aer sau apă generate în timpul utilizării modulelor fotovoltaice. Bazinele de aer sunt afectate în timpul construcției modulelor fotovoltaice din emisiile de solvenți și alcool care contribuie la formarea ozonului fotochimic. Bazinele hidrografice sunt afectate de construcția de module din extracția resurselor naturale, cum ar fi cuarțul, carbura de siliciu, sticlă și aluminiu. În general, înlocuirea curentului electric al rețelei la nivel mondial cu sisteme fotovoltaice centrale ar duce la reduceri cu 89-98% a emisiilor de gaze cu efect de seră, a poluanților criterii, a metalelor grele și a speciilor radioactive. [ 7 ]
Emisii de eliminare
Eliminarea modulelor fotovoltaice de siliciu nu a provocat impacturi semnificative, deoarece instalațiile la scară largă au fost utilizate abia de la mijlocul anilor 1980, iar modulele fotovoltaice au o durată de viață de cel puțin 30 de ani. [ 8 ] Fthenakis și colab. (2005) [ 2 ] a identificat în mod specific o lipsă de date disponibile cu privire la eliminarea sau reciclarea modulelor fotovoltaice, astfel încât acest subiect merită o investigație mai amănunțită.
LCA al fotovoltaicilor în comparație cu alte surse de energie
Emisiile totale pe ciclul de viață asociate cu producția de energie fotovoltaică sunt ușor mai mari (din 2006, aceasta a scăzut semnificativ acum) decât cele ale energiei nucleare, dar mai mici decât cele ale producției de energie din combustibili fosili. Emisiile de gaze cu efect de seră pe ciclul de viață ale mai multor tehnologii de generare a energiei sunt enumerate mai jos: [ 3 ]
- Siliciu PV: 45 g/kWh
- Cărbune: 900 g/kWh
- Gaze naturale: 400-439 g/kWh
- Nuclear: 20-40 g/kWh
Pe durata de viață de 20-30 de ani, modulele solare generează mai multă energie electrică decât a fost consumată în timpul producției lor. Timpul de recuperare a energiei cuantifică durata minimă de viață utilă necesară unui modul solar pentru a genera energia care a fost utilizată pentru producerea modulului. După cum se arată în Tabelul 1, timpul mediu de recuperare a energiei este de 3-6 ani.
| Ţară | Oraş | Radiația solară (kWh/m2) | Latitudine | Altitudine (m) | Productie anuala (kWh/kWp) | EPBT | ERF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australia | Sydney | 1614 | 33.55 | 1 | 1319 | 3.728 | 7.5 |
| Austria | Viena | 1108 | 48.2 | 186 | 906 | 5.428 | 5.2 |
| Belgia | Bruxelles | 946 | 50,5 | 77 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Canada | Ottawa | 1377 | 45,25 | 75 | 1188 | 4.14 | 6.8 |
| Republica Cehă | Praga | 1000 | 50.06 | 261 | 818 | 6.012 | 4.7 |
| Danemarca | Copenhaga | 985 | 55,75 | 1 | 850 | 5.786 | 4.8 |
| Finlanda | Helsinki | 956 | 60.13 | 0 | 825 | 5.961 | 4.7 |
| Franţa | Paris | 1057 | 48,52 | 32 | 872 | 5,64 | 5 |
| Franţa | Marsilia | 1540 | 43.18 | 7 | 1317 | 3.734 | 7.5 |
| Germania | Berlin | 999 | 52.32 | 35 | 839 | 5.862 | 4.8 |
| Germania | Munchen | 1143 | 48.21 | 515 | 960 | 5.123 | 5.5 |
| Grecia | Atena | 1563 | 38 | 139 | 1278 | 3.848 | 7.3 |
| Ungaria | Budapesta | 1198 | 47.3 | 103 | 988 | 4.978 | 5.6 |
| Irlanda | Dublin | 948 | 53.2 | 9 | 811 | 6.064 | 4.6 |
| Italia | Roma | 1552 | 41,53 | 15 | 1315 | 3,74 | 7.5 |
| Italia | Milano | 1251 | 45,28 | 103 | 1032 | 4.765 | 5.9 |
| Japonia | Tokyo | 1168 | 35.4 | 14 | 955 | 5.15 | 5.4 |
| Republica Coreea | Seul | 1215 | 37.3 | 30 | 1002 | 4.908 | 5.7 |
| Luxemburg | Luxemburg | 1035 | 49,62 | 295 | 862 | 5.705 | 4.9 |
| Olanda | Amsterdam | 1045 | 52.21 | 1 | 886 | 5.551 | 5 |
| Noua Zeelandă | Wellington | 1412 | 41.17 | 21 | 1175 | 4.185 | 6.7 |
| Norvegia | Oslo | 967 | 59,56 | 13 | 870 | 5.653 | 5 |
| Portugalia | Lisabona | 1682 | 35.44 | 16 | 1388 | 3.543 | 7.9 |
| Spania | Madrid | 1660 | 40,25 | 589 | 1394 | 3.528 | 7.9 |
| Spania | Sevilla | 1754 | 37.24 | 5 | 1460 | 3.368 | 8.3 |
| Suedia | Stockholm | 980 | 59.21 | 16 | 860 | 5.718 | 4.9 |
| Elveţia | Berna | 1117 | 46,57 | 524 | 922 | 5.334 | 5.2 |
| Curcan | Ankara | 1697 | 39,55 | 1102 | 1400 | 3.513 | 8 |
| Regatul Unit | Londra | 955 | 51.3 | 20 | 788 | 6.241 | 4.5 |
| Regatul Unit | Edinburgh | 890 | 55,57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| Statele Unite | Washington | 1487 | 38,52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Exemple
Referințe
- ↑ J. Pearce și A. Lau, „Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells”, Proceedings of American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, editor R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑Salt la:2.0 2.1 Fthenakis, VM, EA Alsema și MJ de Wild-Scholten (2005), Evaluarea ciclului de viață al fotovoltaicilor: percepții, nevoi și provocări, Conferința specialiștilor IEEE în fotovoltaic, Orlando, Florida.
- ↑Salt la:3.0 3.1 3.2 3.3 Fthenakis, V., and E. Alsema (2006), Fotovoltaice energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004-early 2005 status, Progress in Photovoltaics, 14, 275-280.
- ↑Salt la:4.0 4.1 4.2 Evaluarea ciclului de viață al generării de energie electrică fotovoltaică, A. Stoppato, Energy, Volumul 33, Numărul 2, Februarie 2008, Paginile 224-232
- ↑Salt la:5,0 5,1 5,2 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi și K. Kurokawa (2007), Un studiu comparativ privind analiza costurilor și a ciclului de viață pentru 100 MW PV la scară foarte mare (VLS-PV) ) sisteme în deșerturi folosind module m-Si, a-Si, CdTe și CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑Salt la:6.0 6.1 Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi și K. Kurokawa (2007), Un studiu comparativ privind analiza costurilor și a ciclului de viață pentru 100 MW PV la scară foarte mare (VLS-PV) sisteme în deșerturi folosind module m-Si, a-Si, CdTe și CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H. și E. Alsema (2008), Emisii din ciclurile de viață fotovoltaice. Environmental Science Technology, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A. și S. Hegedus (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley, Hoboken, NJ.