Lífsferilsmat (LCA) á kísill PV spjöldum

Heimild: appropedia.org

Bakgrunnur

Óhefðbundnar orkutækni eins og ljósnemar (mynd 1) verða vinsælli um heim allan. Í 2008 drógu fjárfestingar um allan heim í öðrum orkugjöfum í fyrsta skipti fleiri fjárfesta en jarðefnaeldsneyti og jöfnuðu 155 milljarða $ í hreinu fjármagni á móti 110 milljarði nýrra fjárfestinga í olíu, jarðgas og kol. Sólarorkan ein og sér skilaði $ 6. 5 milljarði af tekjum um allan heim í 2004 og er búist við að það muni nærri þrefaldast það með áætluðum tekjum $ 18. 5 milljarðar fyrir 2010.

Aðrar orkutækni verður sífellt vinsælli um allan heim vegna aukinnar meðvitundar og áhyggna vegna mengunar og loftslagsbreytinga á heimsvísu. Óhefðbundin orkutækni býður upp á nýjan kost til að afla nytsamrar orku frá uppsprettum sem hafa minni umhverfisáhrif á jörðina. En hversu miklu minna?

Fyrri birt endurskoðun á nettóorkugreiningu á kísill byggðum ljósavélum^[1]komist að því að allar tegundir kísils (myndlaus, fjölkristallaður og stakur kristal) PV byggðu miklu meiri orku á líftíma sínum en er notað í framleiðslu þeirra. Allt nútíma PV sílikon borgar fyrir sjálft sig hvað varðar orku á minna en 5 árum - jafnvel í mjög suboptimal dreifingaraðstæðum.

Þessi grein kannar öll umhverfisáhrif sem tengjast framleiðslu og líftíma notkun kísilolíu (PV) spjalda.

Hvað er lífsferilsmat (LCA)

LIFC (Life Cycle Assessment) metur umhverfisáhrif vöru eða ferlis frá framleiðslu til förgunar^[2]. LCA rannsakar efni og orkuframleiðslu sem krafist er til að framleiða og nota vöru, losunina sem tengist notkun þess og umhverfisáhrifum af förgun eða endurvinnslu. LCA getur einnig kannað ytri kostnað, svo sem umhverfisaðlögun, sem nauðsynlegur er vegna framleiðslu eða notkunar vöru^[3].

Stutt saga um sólarorku

Fyrsta ljósgeymsluhólfið var smíðað af Charles Fritts sem smíðaði 30 cm klefa úr seleni og gulli í 1883^[4]. Nútímaljós kísilolíuvinnsla tækni uppgötvaðist í 1954 af vísindamönnum í Bell Labs sem þróuðu óvart pn-gatnamótið sem gerir ljósvökva kleift að framleiða gagnlegt rafmagn^[5]. Í 1958 byrjaði NASA að nota ljósavélar sem aflkerfi fyrir gervihnetti^[4]Fyrsta sólarknúna búsetan var smíðuð við háskólann í Delaware í 1973 og fyrsta megavattstærð ljósgeymsluverkefnisins var sett upp í Kaliforníu í 1984^[4].

Lífsferilsgreining á kísill PV Panel

Eftirfarandi hluti inniheldur stuttan líftíma greiningu á kísil PV spjöldum. Þættir líftíma sem fjallað er um eru meðal annars: orkan sem þarf til framleiðslunnar, koltvísýringslosun líftíma og öll mengun losun sem myndast um PV-spjöld nýtingartíma frá: flutningum, uppsetningu, notkun og förgun.

Orkuþörf til framleiðslu

Framleiðsla ljósgjafa er yfirgnæfandi orkufrekasta skrefið á uppsettum PV einingum. Eins og sést á mynd 2, er mikið magn af orku notað til að umbreyta kísil sandi í kísilinn með mikla hreinleika sem þarf til ljósgjafaþurrku. Samsetning PV eininganna er annað úrræði sem er ákafur skrefum með því að bæta við ramma úr stóru orkuinnihaldi og glerþaki.

Umhverfisáhrif ljósavísu kísils einingar fela í sér framleiðslu á þremur meginþáttum: grindinni, einingunni og jafnvægi kerfishluta eins og rekki og inverter^[3]. Gróðurhúsalofttegundir eru aðallega af völdum framleiðslu einingar (81%), fylgt eftir af jafnvægi kerfisins (12%) og ramma (7%)^[3]). Auðlindakröfur framleiðslulotunnar eru teknar saman á mynd 3.

Mynd 3: Framleiðsluferlið og nauðsynlegar auðlindir kísilkeiningar^[6].

Losun koldíoxíðlosunar í lífinu

Losun koltvísýrings í líftíma vísar til losunar sem orsakast af framleiðslu, flutningi eða uppsetningu efna sem tengjast ljósvökvakerfi. Til viðbótar við einingarnar sjálfar inniheldur hin dæmigerða uppsetning rafstreng og málmgrind. Jarðsett ljósakerfi er einnig með steypta grunn. Fjarlægar stöðvar geta krafist viðbótarinnviða til að flytja rafmagn til rafknúinna netkerfa. Til viðbótar við efni ætti lífslífsgreining að innihalda koltvísýring sem er gefin út frá ökutækjum við flutning á ljósgjafaeiningum milli verksmiðjunnar, vörugeymslunnar og uppsetningarstöðvarinnar. Mynd 4 ber saman hlutfallsleg framlög þessara þátta til líftíma áhrifa koltvísýrings á fimm tegundir af ljósgjafaeiningum^[7].

Mynd 4:Lífstími koltvísýringslosunar í stórum stíl ljósvatnsvirkjana, flokkaður eftir íhluti. Á þessu línuriti er borið saman dæmigerðar einokristallaðar kísilþættir (m-Si (a)), hávirkni einokristallað kísill (m-Si (b)), kadmíum tellur (CdTe) og kopar indíum selen (CIS) einingar. Graf eftir höfundum, byggt á[7].

Losun flutninga

Samgöngur eru um 9% af losun líftíma ljósvökva^[7]. Photovoltaic einingar, rekki og jafnvægi á vélbúnaði (svo sem snúrur, tengi og festingar) eru oft framleidd erlendis og flutt til Bandaríkjanna með skipi^[8]. Innan Bandaríkjanna eru þessir íhlutir fluttir með vörubíl til dreifingarmiðstöðva og að lokum á uppsetningarstað.

Losun uppsetningar

Losun í tengslum við uppsetningu felur í sér losun ökutækja, efnisnotkun og rafmagnsnotkun í tengslum við byggingarstarfsemi til að setja upp kerfið. Þessar aðgerðir mynda minna en 1% af heildarlosun líftíma ljósvökvakerfisins^[8].

Aðgerð Losun

Engin loft- eða vatnslosun myndast við notkun PV-eininga. Loftskip hafa áhrif á byggingu PV eininga frá losun leysiefna og áfengis sem stuðla að myndun ósons myndunar. Vatnsfarir hafa áhrif á byggingu eininga úr náttúruauðlindum, svo sem kvars, kísilkarbíði, gleri og áli. Á heildina litið myndi skipti á núverandi raforku um raforku frá miðlægum sólkerfi leiða til 89-98% lækkunar á losun gróðurhúsalofttegunda, mengunarefna, þungmálma og geislavirkra tegunda.^[9].

Förgun Losun

Förgun á kísill ljósavökvueiningum hefur ekki valdið verulegum áhrifum vegna þess að stórvirki hafa aðeins verið í notkun síðan um mitt ár 1980' s og ljósnemar mát hafa líftíma að minnsta kosti 30 ár^[4]. Fthenakis o.fl. (2005)^[2]bent sérstaklega á skort á fyrirliggjandi gögnum um förgun eða endurvinnslu á ljósgjafaeiningum, svo þetta efni tilefni til ítarlegri rannsóknar.

LCA Photovoltaics miðað við aðrar orkugjafa

Heildarlosun líftíma í tengslum við raforkuframleiðslu er meiri en kjarnorku en minni en orkuvinnsla jarðefnaeldsneytis. Útblástur gróðurhúsalofttegunda í líftíma gróðurhúsalofttegunda af nokkrum orkuvinnslu tækni er listaður hér að neðan:^[3].

• Kísil PV: 45 g / kWh

• Kol: 900 g / kWh

• Jarðgas: 400-439 g / kWst

• Kjarnorku: 20-40 g / kWst

Á 20-30 ára líftíma þeirra framleiða sólareiningar meira rafmagn en var neytt við framleiðslu þeirra. Orkutíminn endurgreiðir lágmarks endingartíma sem þarf til sólar einingar til að framleiða orku sem var notuð til að framleiða eininguna. Eins og sést í töflu 1 er meðaltal endurgreiðslutími orku 3-6 ár.

Tafla 1: Orkulegan endurgreiðslutími (EPBT) og orkuskilunarþættir (ERF) af PV-einingum sem eru settir upp á ýmsum stöðum um allan heim^[6].

Ályktanir

Kísil PV spjöld hafa lítinn umhverfisáhrif á líftíma miðað við flestar hefðbundnar tegundir af orku eins og kolum og jarðgasi. Mesta kolefnislosunin sem stafar af notkun PV spjalda er sú sem tengist framleiðslu einingar. Endurtekningartími orkunnar (EPBT) er breytilegur milli 3 og 6 ára fyrir ýmis sólarloftslag um allan heim. Á heildina litið greiða kísill PV spjöld til baka nauðsynlegan orkukostnað við framleiðslu langt fyrir nýtanlegan líftíma þeirra og eru hrein raforkuframleiðandi meirihluta nýtingartímans.

Tilvísanir