Asesiad Cylch Bywyd (LCA) Paneli PV Silicon

Ffynhonnell: appropedia.org

Cefndir

Mae technolegau ynni amgen fel modiwlau ffotofoltäig (Ffigur 1) yn dod yn fwy poblogaidd ledled y byd. Yn 2008, am y tro cyntaf, tynnodd buddsoddiadau ledled y byd mewn ffynonellau ynni amgen fwy o fuddsoddwyr na thanwydd ffosil, gan rwydo $ 155 biliwn mewn cyfalaf net yn erbyn $ 110 biliwn o fuddsoddiad newydd mewn olew, nwy naturiol a glo. Cynhyrchodd pŵer solar yn unig $ 6. 5 biliwn mewn refeniw ledled y byd yn 2004, a disgwylir iddo bron dreblu hynny gyda refeniw rhagamcanol o $ 18. 5 biliwn ar gyfer 2010.

Mae technolegau ynni amgen yn dod yn fwy a mwy poblogaidd ledled y byd oherwydd mwy o ymwybyddiaeth a phryderon ynghylch llygredd, a newid hinsawdd byd-eang. Mae technolegau ynni amgen yn cynnig opsiwn newydd ar gyfer cael egni defnyddiol o ffynonellau sy'n cael llai o effaith amgylcheddol ar y blaned. Ond faint llai?

Adolygiad blaenorol a gyhoeddwyd o'r dadansoddiad ynni net o ffotofoltäig wedi'i seilio ar silicon^[1]canfu fod pob math o PV wedi'i seilio ar silicon (amorffaidd, polycrystalline a grisial sengl) yn cynhyrchu llawer mwy o egni dros eu hoes nag a ddefnyddir wrth eu cynhyrchu. Mae pob PV silicon modern yn talu amdanynt eu hunain o ran ynni mewn llai na 5 blynedd - hyd yn oed mewn senarios lleoli hynod is-optimaidd.

Mae'r erthygl hon yn archwilio'r holl effeithiau amgylcheddol sy'n gysylltiedig â chynhyrchu a defnyddio paneli ffotofoltäig silicon (PV) am oes.

Beth yw Asesiad Cylch Bywyd (LCA)

Mae Asesiad Cylch Bywyd (LCA) yn gwerthuso effeithiau amgylcheddol cynnyrch neu broses o gynhyrchu i waredu^[2]. Mae ACT yn ymchwilio i'r mewnbynnau deunydd ac ynni sy'n ofynnol i gynhyrchu a defnyddio cynnyrch, yr allyriadau sy'n gysylltiedig â'i ddefnyddio, ac effeithiau amgylcheddol gwaredu neu ailgylchu. Gall yr ACT hefyd ymchwilio i gostau allanol, megis lliniaru amgylcheddol, sy'n angenrheidiol trwy gynhyrchu neu ddefnyddio cynnyrch^[3].

Hanes Byr o Bwer Solar

Adeiladwyd y gell ffotofoltäig gyntaf gan Charles Fritts, a adeiladodd gell 30-cm o seleniwm ac aur yn 1883^[4]. Darganfuwyd technoleg ffotofoltäig silicon fodern yn 1954 gan ymchwilwyr yn Bell Labs, a ddatblygodd y gyffordd pn ar ddamwain sy'n galluogi ffotofoltäig i gynhyrchu trydan defnyddiol^[5]. Yn 1958, dechreuodd NASA ddefnyddio ffotofoltäig fel systemau pŵer wrth gefn ar gyfer ei loerennau^[4]Adeiladwyd y breswylfa ynni solar gyntaf ym Mhrifysgol Delaware yn 1973, a gosodwyd y prosiect ffotofoltäig cyntaf ar raddfa megawat yng Nghaliffornia yn 1984^[4].

Dadansoddiad Cylch Oes Panel PV Silicon PV

Mae'r adran ganlynol yn cynnwys dadansoddiad cylch bywyd byr o baneli PV silicon. Mae'r ffactorau cylch bywyd a drafodwyd yn cynnwys: yr egni sy'n ofynnol ar gyfer cynhyrchu, yr allyriadau carbon deuocsid cylch bywyd, a'r holl allyriadau llygredd a gynhyrchir trwy banel PV oes ddefnyddiol o: cludo, gosod, gweithredu a gwaredu.

Gofynion Ynni ar gyfer Cynhyrchu

Gweithgynhyrchu ffotofoltäig yw'r cam mwyaf ynni-ddwys o fodiwlau PV wedi'u gosod. Fel y gwelir yn Ffigur 2, defnyddir llawer iawn o egni i drosi tywod silica yn silicon purdeb uchel sy'n ofynnol ar gyfer wafferi ffotofoltäig. Mae cydosod y modiwlau PV yn gam dwys arall o ran adnoddau trwy ychwanegu fframio alwminiwm cynnwys ynni uchel a thoi gwydr.

Mae effaith amgylcheddol modiwl ffotofoltäig silicon yn cynnwys cynhyrchu tair prif gydran: y ffrâm, y modiwl, a chydrannau cydbwysedd system fel y rac a'r gwrthdröydd^[3]. Cynhyrchu nwyon tŷ gwydr yn bennaf gan gynhyrchu modiwl (81%), ac yna cydbwysedd y system (12%) a ffrâm (7%)^[3]). Crynhoir gofynion adnoddau'r cylch cynhyrchu yn Ffigur 3.

Ffigur 3: Y cylch cynhyrchu ac adnoddau gofynnol modiwl silicon^[6].

Allyriadau Carbon Deuocsid Lifecyle

Mae allyriadau carbon deuocsid cylch bywyd yn cyfeirio at yr allyriadau a achosir gan gynhyrchu, cludo, neu osod deunyddiau sy'n gysylltiedig â systemau ffotofoltäig. Yn ychwanegol at y modiwlau eu hunain, mae'r gosodiad nodweddiadol yn cynnwys cebl trydanol a rac metel. Mae systemau ffotofoltäig wedi'u gosod ar y ddaear hefyd yn cynnwys sylfaen goncrit. Efallai y bydd angen seilwaith ychwanegol ar osodiadau anghysbell ar gyfer trosglwyddo trydan i'r grid trydanol lleol. Yn ogystal â deunyddiau, dylai dadansoddiad cylch bywyd gynnwys carbon deuocsid a allyrrir o gerbydau wrth gludo modiwlau ffotofoltäig rhwng y ffatri, y warws, a'r safle gosod. Mae Ffigur 4 yn cymharu cyfraniadau cymharol y ffactorau hyn ag effeithiau carbon deuocsid gydol oes pum math o fodiwlau ffotofoltäig^[7].

Ffigur 4:Allyriadau carbon deuocsid gydol oes ar gyfer gosodiadau ffotofoltäig ar raddfa fawr, wedi'u categoreiddio yn ôl cydran. Mae'r graff hwn yn cymharu modiwlau silicon monocrystalline nodweddiadol (m-Si (a)), silicon monocrystalline effeithlonrwydd uchel (m-Si (b)), cadmiwm tellurium (CdTe), a modiwlau indium seleniwm copr (CIS). Graff gan awduron, yn seiliedig ar[7].

Allyriadau Cludiant

Mae cludiant yn cyfrif am oddeutu 9% o allyriadau cylch bywyd ffotofoltäig^[7]. Mae modiwlau ffotofoltäig, rheseli, a chaledwedd cydbwysedd system (fel ceblau, cysylltwyr, a cromfachau mowntio) yn aml yn cael eu cynhyrchu dramor a'u cludo i'r Unol Daleithiau mewn llong^[8]Yn yr Unol Daleithiau, mae'r cydrannau hyn yn cael eu cludo mewn tryc i ganolfannau dosbarthu ac yn y pen draw i'r safle gosod.

Allyriadau Gosod

Mae allyriadau sy'n gysylltiedig â gosod yn cynnwys allyriadau cerbydau, defnydd deunydd, a'r defnydd o drydan sy'n gysylltiedig â gweithgareddau adeiladu lleol i osod y system. Mae'r gweithgareddau hyn yn cynhyrchu llai na 1% o gyfanswm allyriadau cylch bywyd y system ffotofoltäig^[8].

Allyriadau Ymgyrch

Nid oes unrhyw allyriadau aer na dŵr yn cael eu cynhyrchu wrth ddefnyddio modiwlau PV. Effeithir ar ddraeniau awyr wrth adeiladu modiwlau PV o allyriadau toddyddion ac alcohol sy'n cyfrannu at ffurfio osôn ffotocemegol. Mae adeiladu modiwlau yn cael eu heffeithio gan adeiladu modiwlau o echdynnu adnoddau naturiol fel cwarts, carbid silicon, gwydr ac alwminiwm. Yn gyffredinol, byddai disodli trydan grid byd-eang cyfredol â systemau PV canolog yn arwain at ostyngiadau o 89-98% mewn allyriadau nwyon tŷ gwydr, llygryddion meini prawf, metelau trwm, a rhywogaethau ymbelydrol^[9].

Allyriadau Gwaredu

Nid yw gwaredu modiwlau ffotofoltäig silicon wedi achosi effeithiau sylweddol oherwydd dim ond ers canol 1980 1980 mae' s a modiwlau ffotofoltäig wedi cael oes o leiaf 30 mlynedd.^[4]. Fthenakis et al. (2005)^[2]nododd yn benodol ddiffyg data ar gael ar waredu neu ailgylchu modiwlau ffotofoltäig, felly mae'r pwnc hwn yn haeddu ymchwiliad mwy trylwyr.

LCA o Ffotofoltäig O'i gymharu â Ffynonellau Ynni Eraill

Mae cyfanswm yr allyriadau cylch bywyd sy'n gysylltiedig â chynhyrchu ynni ffotofoltäig yn uwch na rhai ynni niwclear ond yn is na rhai cynhyrchu ynni tanwydd ffosil. Rhestrir allyriadau nwyon tŷ gwydr cylch bywyd sawl technoleg cynhyrchu ynni isod:^[3].

• PV Silicon: 45 g / kWh

• Glo: 900 g / kWh

• Nwy naturiol: 400-439 g / kWh

• Niwclear: 20-40 g / kWh

Yn ystod eu hoes 20-30 mlynedd, mae modiwlau solar yn cynhyrchu mwy o drydan nag a ddefnyddiwyd yn ystod eu cynhyrchiad. Mae'r amser ad-dalu ynni yn meintioli'r oes ddefnyddiol leiaf sy'n ofynnol ar gyfer modiwl solar i gynhyrchu'r egni a ddefnyddiwyd i gynhyrchu'r modiwl. Fel y dangosir yn Nhabl 1, yr amser ad-dalu ynni ar gyfartaledd yw 3-6 blynedd.

Tabl 1: Amseroedd Talu Yn ôl Ynni (EPBT) a Ffactorau Dychwelyd Ynni (ERF) o fodiwlau PV sydd wedi'u gosod mewn gwahanol leoliadau ledled y byd^[6].

Casgliadau

Mae paneli PV silicon yn cael effaith amgylcheddol cylch bywyd isel o'u cymharu â'r mathau mwyaf confensiynol o ynni fel glo a nwy naturiol. Yr allyriadau carbon mwyaf a achosir gan ddefnyddio paneli PV yw'r rhai sy'n gysylltiedig â chynhyrchu modiwlau. Mae Amseroedd Talu'n Ôl Ynni (EPBT) yn amrywio rhwng 3 a 6 blynedd ar gyfer hinsoddau solar amrywiol ledled y byd. At ei gilydd, mae paneli PV silicon yn ad-dalu'r costau ynni ymlaen llaw sy'n ofynnol ymhell cyn eu hoes ddefnyddiol ac maent yn generaduron ynni net am fwyafrif eu hoes ddefnyddiol.

Cyfeiriadau