Penilaian Kitaran Hidup (LCA) Panel PV Silikon

Sumber: appropedia.org

Latar belakang

Teknologi tenaga alternatif seperti modul fotovoltaik (Gambar 1) semakin popular di seluruh dunia. Pada 2008, buat pertama kalinya, pelaburan di seluruh dunia dalam sumber tenaga alternatif menarik lebih banyak pelabur daripada bahan bakar fosil, menjana $ 155 bilion modal bersih berbanding $ 110 bilion pelaburan baru dalam minyak, gas asli dan arang batu. Tenaga suria sahaja menghasilkan $ 6. 5 bilion pendapatan di seluruh dunia pada 2004, dan dijangka hampir tiga kali lipat dengan pendapatan yang diunjurkan sebanyak $ 18. 5 bilion untuk 2010.

Teknologi tenaga alternatif menjadi semakin popular di seluruh dunia kerana kesedaran dan kebimbangan yang lebih besar mengenai pencemaran, dan perubahan iklim global. Teknologi tenaga alternatif menawarkan pilihan baru untuk mendapatkan tenaga berguna dari sumber yang kurang memberi kesan terhadap alam sekitar di planet ini. Tetapi berapa kurang?

Tinjauan yang diterbitkan sebelumnya mengenai analisis tenaga bersih fotovoltaik berasaskan silikon^[1]mendapati bahawa semua jenis PV berasaskan silikon (amorf, polikristal dan kristal tunggal) menjana lebih banyak tenaga sepanjang hayatnya daripada yang digunakan dalam pengeluarannya. Semua PV silikon moden membayar sendiri dari segi tenaga dalam masa kurang dari 5 tahun - walaupun dalam senario penggunaan yang sangat tidak optimum.

Artikel ini meneroka semua kesan persekitaran yang berkaitan dengan pengeluaran dan penggunaan panel fotovoltaik silikon (PV) seumur hidup.

Apa itu Penilaian Kitaran Hidup (LCA)

Penilaian Kitaran Hidup (LCA) menilai kesan persekitaran produk atau proses dari pengeluaran hingga pelupusan^[2]. LCA menyelidiki input bahan dan tenaga yang diperlukan untuk menghasilkan dan menggunakan produk, pelepasan yang berkaitan dengan penggunaannya, dan kesan pelupusan atau kitar semula terhadap persekitaran. LCA juga dapat menyiasat kos luaran, seperti mitigasi alam sekitar, yang diperlukan oleh pengeluaran atau penggunaan produk^[3].

Sejarah Ringkas Tenaga Suria

Sel fotovoltaik pertama dibina oleh Charles Fritts, yang membina sel 30 cm dari selenium dan emas di 1883^[4]. Teknologi fotovoltaik silikon moden ditemui di 1954 oleh penyelidik di Bell Labs, yang secara tidak sengaja mengembangkan pn-junction yang membolehkan fotovoltaik menghasilkan elektrik yang berguna^[5]. Pada 1958, NASA mula menggunakan fotovoltaik sebagai sistem kuasa sandaran untuk satelitnya^[4]Kediaman bertenaga solar pertama dibina di University of Delaware di 1973, dan projek fotovoltaik berskala megawatt pertama dipasang di California di 1984^[4].

Analisis Kitaran Hayat Panel PV Silikon

Bahagian berikut mengandungi analisis kitaran hidup ringkas panel PV silikon. Faktor kitaran hidup yang dibincangkan termasuk: tenaga yang diperlukan untuk pengeluaran, pelepasan karbon dioksida kitaran hidup, dan semua pelepasan pencemaran yang dihasilkan di sepanjang panel PV hayat berguna dari: pengangkutan, pemasangan, operasi, dan pelupusan.

Keperluan Tenaga untuk Pengeluaran

Pembuatan fotovoltaik adalah langkah paling intensif tenaga modul PV yang dipasang. Seperti yang dapat dilihat pada Rajah 2, sejumlah besar tenaga digunakan untuk menukar pasir silika menjadi silikon dengan kemurnian tinggi yang diperlukan untuk wafer fotovoltaik. Pemasangan modul PV adalah satu lagi langkah intensif sumber dengan penambahan framing aluminium dan bumbung kaca dengan kandungan tenaga tinggi.

Kesan persekitaran modul fotovoltaik silikon melibatkan pengeluaran tiga komponen utama: kerangka, modul, dan komponen keseimbangan sistem seperti rak dan penyongsang^[3]. Gas rumah hijau disebabkan oleh pengeluaran modul (81%), diikuti oleh keseimbangan sistem (12%) dan kerangka (7%)^[3]). Keperluan sumber dari kitaran pengeluaran diringkaskan dalam Gambar 3.

Gambar 3: Kitaran pengeluaran dan sumber daya yang diperlukan dari modul silikon^[6].

Pelepasan Karbon Dioksida Gaya Hidup

Emisi karbon dioksida kitaran hidup merujuk kepada pelepasan yang disebabkan oleh pengeluaran, pengangkutan, atau pemasangan bahan yang berkaitan dengan sistem fotovoltaik. Sebagai tambahan kepada modul itu sendiri, pemasangan khasnya merangkumi kabel elektrik dan rak logam. Sistem fotovoltaik yang dipasang di tanah juga merangkumi asas konkrit. Pemasangan jarak jauh mungkin memerlukan infrastruktur tambahan untuk penghantaran elektrik ke grid elektrik tempatan. Sebagai tambahan kepada bahan, analisis kitaran hidup harus merangkumi karbon dioksida yang dikeluarkan dari kenderaan semasa pengangkutan modul fotovoltaik antara kilang, gudang, dan lokasi pemasangan. Rajah 4 membandingkan sumbangan relatif faktor-faktor ini dengan kesan karbon dioksida sepanjang hayat lima jenis modul fotovoltaik^[7].

Gambar 4:Pelepasan karbon dioksida seumur hidup untuk pemasangan fotovoltaik berskala besar, dikategorikan mengikut komponen. Grafik ini membandingkan modul silikon monokristalin khas (m-Si (a)), silikon monokristalin berkecekapan tinggi (m-Si (b)), kadmium Tellurium (CdTe), dan modul tembaga indium selenium (CIS). Grafik oleh pengarang, berdasarkan[7].

Pelepasan Pengangkutan

Pengangkutan menyumbang sekitar 9% pelepasan kitaran hidup fotovoltaik^[7]. Modul fotovoltaik, rak, dan perkakasan keseimbangan sistem (seperti kabel, penyambung, dan pendakap pemasangan) sering dihasilkan di luar negara dan diangkut ke Amerika Syarikat dengan kapal^[8]Di Amerika Syarikat, komponen ini diangkut dengan trak ke pusat pengedaran dan akhirnya ke tapak pemasangan.

Pelepasan Pemasangan

Emisi yang berkaitan dengan pemasangan merangkumi pelepasan kenderaan, penggunaan bahan, dan penggunaan elektrik yang berkaitan dengan aktiviti pembinaan tempatan untuk memasang sistem. Kegiatan ini menghasilkan kurang dari 1% daripada jumlah pelepasan kitaran hidup sistem fotovoltaik^[8].

Pelepasan Operasi

Tidak ada pelepasan udara atau air yang dihasilkan semasa penggunaan modul PV. Airshed dipengaruhi semasa pembinaan modul PV dari pelarut dan pelepasan alkohol yang menyumbang kepada pembentukan ozon fotokimia. DAS dipengaruhi oleh pembinaan modul dari pengambilan sumber semula jadi seperti kuarza, silikon karbida, kaca, dan aluminium. Secara keseluruhan, penggantian elektrik grid seluruh dunia semasa dengan sistem PV pusat akan menyebabkan penurunan 89-98% dalam pelepasan gas rumah hijau, pencemaran kriteria, logam berat, dan spesies radioaktif^[9].

Pelepasan Pelupusan

Pelupusan modul fotovoltaik silikon tidak menyebabkan kesan yang besar kerana pemasangan berskala besar baru digunakan sejak pertengahan tahun 1980' dan modul fotovoltaik mempunyai jangka hayat sekurang-kurangnya 30 tahun^[4]. Fthenakis et al. (2005)^[2]secara khusus mengenal pasti kekurangan data yang ada mengenai pembuangan atau kitar semula modul fotovoltaik, jadi topik ini memerlukan penyelidikan yang lebih teliti.

LCA Fotovoltaik Berbanding dengan Sumber Tenaga Lain

Jumlah pelepasan kitaran hidup yang berkaitan dengan pengeluaran tenaga fotovoltaik lebih tinggi daripada tenaga nuklear tetapi lebih rendah daripada pengeluaran tenaga bahan bakar fosil. Pelepasan gas rumah hijau kitaran hidup beberapa teknologi penjanaan tenaga disenaraikan di bawah:^[3].

• PV silikon: 45 g / kWh

• Arang: 900 g / kWh

• Gas asli: 400-439 g / kWh

• Nuklear: 20-40 g / kWh

Selama jangka hayat 20-30 tahun, modul suria menghasilkan lebih banyak elektrik daripada yang digunakan semasa pengeluarannya. Masa pembayaran tenaga mengira jangka hayat berguna minimum yang diperlukan untuk modul solar untuk menghasilkan tenaga yang digunakan untuk menghasilkan modul. Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, masa pembayaran tenaga purata ialah 3-6 tahun.

Jadual 1: Time Pay Back Energy (EPBT) dan Energy Return Factors (ERF) modul PV yang dipasang di pelbagai lokasi di seluruh dunia^[6].

Kesimpulannya

Panel PV silikon mempunyai kesan persekitaran kitaran hidup yang rendah berbanding dengan kebanyakan bentuk tenaga konvensional seperti arang batu dan gas asli. Pelepasan karbon terbesar yang disebabkan oleh penggunaan panel PV adalah yang berkaitan dengan pengeluaran modul. Energy Pay Back Times (EPBT) berbeza antara 3 dan 6 tahun untuk pelbagai iklim matahari di seluruh dunia. Secara keseluruhan, panel PV silikon membayar balik kos pengeluaran tenaga pendahuluan yang diperlukan sebelum jangka hayat penggunaannya dan merupakan penjana tenaga bersih bagi sebahagian besar jangka hayatnya.

Rujukan