Положительное и отрицательное воздействие солнечных батарей на окружающую среду

Так ли зелены солнечные панели, как вы думаете? Есть хорошие и плохие экологические последствия солнечной энергии.

Действительно ли солнечные панели такие «зеленые»? Воздействие солнечных батарей на окружающую среду широко обсуждается и комментируется, но какие аргументы веские и что такое шум в социальных сетях?

Основные аргументы против солнечных панелей заключаются в том, что они требуют больше энергии и оборудования для сжигания ископаемого топлива для добычи, производства и транспортировки, чем они экономят. Другой аргумент заключается в том, что в производственном процессе используются токсичные химические вещества, которые приносят больше вреда, чем пользы.

Солнечная энергия не идеальна

С другой стороны, утверждается, что солнечные панели производят больше чистой энергии, чем требуется, и ведущие мировые компании действительно являются примером в отношении использования химических веществ.

Здесь мы рассмотрим положительное и отрицательное воздействие солнечных батарей на окружающую среду и то, что будущее готовит индустрия солнечной энергетики.

Негативное воздействие на окружающую среду Солнечные панели

Начнем с очевидного — солнечная энергия не идеальна. Нравиться все в жизни есть плюсы и минусы.

Это особенно верно для небольших тем, таких как производство энергии для 7 миллиардов человек устойчивым и экономичным способом.

Солнечная энергия не лишена недостатков. Давайте рассмотрим их здесь:

1. Потребность в энергии — Для производства солнечной энергии требуется значительное количество энергии. Добыча полезных ископаемых, производство и транспортировка требуют значительного количества энергии. Кварц должен быть обработан и очищен, а затем изготовлен из других компонентов, которые могут поступать с разных предприятий (алюминий, медь и т. д.), для производства одного солнечного модуля. Нагрев кварца на стадии обработки требует очень высокая температура. Производство требует объединения нескольких материалов с невероятной точностью для производства высокоэффективных панелей. Все это требует много первоначальных усилий.При использовании традиционных видов топлива, таких как газ или газ, они извлекаются, очищаются/обрабатываются и сжигаются в очень больших масштабах, как правило, в одном месте.

2. Химикаты – Для производства кремния солнечного качества при обработке полупроводников обычно используются опасные химические вещества. В зависимости от производителя солнечной панели и страны происхождения эти химические вещества могут утилизироваться надлежащим образом. Как и в любой отрасли, есть компании, показывающие пример, и другие, которые экономят деньги. Не каждая компания будет сбрасывать химикаты или не будет правильно перерабатывать побочные продукты, но есть и паршивые яблоки.

3. Переработка – Что происходит, когда солнечные панели ломаются или выводятся из эксплуатации? Хотя утилизация солнечных панелей не стала серьезной проблемой пока что, это произойдет в ближайшие десятилетия, поскольку солнечные панели необходимо заменить. В настоящее время солнечные модули можно утилизировать вместе с другими стандартными электронными отходами. Страны, не имеющие надежных средств утилизации электронных отходов, подвержены более высокому риску возникновения проблем, связанных с переработкой.

Это основные экологические проблемы, связанные с фотоэлектрической промышленностью. Страх, безусловно, является поводом для дальнейшего расследования, но, судя по цифрам, может быть необоснованным.

Химические вещества, переработка и утилизация солнечных панелей

Переработка и утилизация солнечных батарей является ключевой областью, вызывающей озабоченность. Существует явная проблема с решениями на горизонте.

Это не так широко распространено или токсично, как может показаться. Кремниевые пластины стандартных солнечных модулей инкапсулированы, обычно этилвинилацетатом (ЭВА). Этот слой защищает кремниевую пластину. Если модули не утилизируются должным образом и подвергаются особые условия испытаний возможно ли некоторое выщелачивание. При нормальных условиях эксплуатации эти материалы не выделяются..

Солнечная энергия очень эффективна в борьбе с выбросами углерода. Как и в случае со всеми технологиями, с непреднамеренными отходами или побочными продуктами необходимо бороться.

Очевидный ответ — перерабатывать солнечные панели и продавать их базовые элементы.Отлично в теории, но этот путь не является экономичным, масштабируемым — пока.

Пути вперед

Крупномасштабные заводы по переработке солнечных батарей существуют, но не так распространены, как должны быть.

Это отставание ожидается с новыми отраслями и технологиями. Автопереработчики появились не на следующий день после того, как Model T сошла с конвейера. Бутылочные склады не ждали появления бутылок. Переработчики электронных отходов стали обычным явлением совсем недавно, спустя десятилетия после взрыва бытовой электроники.

Для развития вторичной промышленности вокруг первичной промышленности требуется время.

Альтернативное или дополнительное решение, способствующее экономике переработки, состоит в том, чтобы взимать плату с производителей солнечных панелей, чтобы упростить процесс переработки, или требовать от производителей реализации программы утилизации.

Оба варианта потребуют времени для реализации и совершенствования.

Экономика утилизации солнечных панелей будет улучшаться по мере вывода из эксплуатации большего количества солнечных панелей. Более высокие объемы в любой отрасли позволяют экономике масштаба творить чудеса.

Простым решением проблемы химических веществ, используемых в солнечных панелях, было бы найти альтернативные методы производства модулей. Это решение уже разрабатывается, хотя сроки его коммерциализации предсказать сложно.

Хотя химические вещества используются в производстве солнечных панелей, сравнение с традиционными видами топлива может дать полезный контекст. Производство любой формы энергии в массовом масштабе потребует некоторого использования химических веществ в цепочке поставок.

Уголь должен быть химически очищен и обработан после добычи. Фракционный природный газ должен извлекаться с использованием химических смесей. И уголь, и газ сжигаются для выработки электроэнергии. Сама ядерная энергетика требует обращения с чрезвычайно радиоактивными материалами.

Ни один источник топлива не идеален, у каждого есть свои экологические преимущества и недостатки.

Но некоторые лучше других.

Воздействие производства солнечных панелей на окружающую среду

Как изготавливаются солнечные панели и каковы последствия этого процесса для окружающей среды?

Солнечные панели состоят из нескольких компонентов: каркаса, ячеек, заднего листа, защитной пленки, проводников и покрытия из закаленного стекла. Каркас выполнен из алюминия, ячейки — из кремния, проводники — из меди, а задний лист и пленка — обычно из полимера или материала на основе пластика.

Для изготовления солнечных панелей необходимо добывать сырье, в основном это кварц, который перерабатывается в кремний. Алюминий, медь или серебро также являются ключевыми материалами, которые необходимо добывать или получать из переработанных источников, но в основном они добываются из-за возросшего расширения фотоэлектрической отрасли за последние 10 лет.

После добычи сырья кварц перерабатывается в кремний электронного качества. Этот процесс включает в себя нагрев кварца в высокотемпературной печи и взаимодействие его с различными химическими веществами.

Для формирования рамы из экструдированного алюминия и прокатки закаленного стекла требуются другие производственные процессы. Производство чего-либо обычно требует огромного количества энергии.

Солнечные панели требуют много энергии для создания, но общие выбросы сильно нагружаются. После установки солнечных панелей они производят энергию без выбросов в течение 25+ лет.

Производственный процесс не имеет значения без контекста энергии, вырабатываемой в течение всего срока службы, а также того, как складываются другие источники топлива.

Ответы на два ключевых вопроса обеспечат этот контекст:

1. Компенсирует ли чистая энергия, вырабатываемая солнечными панелями, негативное воздействие в процессе добычи и производства?

2. Как интенсивность выбросов солнечной энергии соотносится с традиционными источниками электроэнергии, такими как уголь?

Интенсивность выбросов углерода солнечными панелями и другими видами топлива

Интенсивность выбросов – это общий объем выбросов углерода в течение всего срока службы, рассчитанный на единицу энергии. Это показано в граммах эквивалента диоксида углерода на киловатт-час (gC02e/кВт-ч) или эквивалентное значение, тонны эквивалента диоксида углерода на мегаватт-час (tC02/МВтч).

Чем ниже интенсивность выбросов, тем лучше воздействие на окружающую среду, поскольку для производства того же количества энергии выбрасывается меньше CO2.

Выбросы углерода в течение жизни от солнечной энергии

Чтобы нарисовать четкую картину углеродного следа солнечной энергии, за последние пару десятилетий были проведены сотни исследований по оценке жизненного цикла профиля выбросов солнечной энергии.

Эти оценки включали начальные, операционные и последующие этапы производства энергии из различных источников топлива, таких как солнечные фотоэлектрические, солнечные тепловые, ветряные, атомные, природный газ и уголь.

В 2014 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL) проверила 400 таких исследований с учетом расхождений, выбросов и других переменных факторов, влияющих на данные. Затем данные были согласованы с использованием дискретного набора предположений для целей сравнения.

Результаты показали, что солнечным панелям требуется примерно от 60% до 70% энергии на начальном этапе, примерно 25% во время работы и примерно от 5% до 20% после их продуктивного срока службы.

Уголь, с другой стороны, производит ~ 98% своих выбросов в процессе эксплуатации (добыча, транспортировка, сжигание и т. д.) и только 1% во время процессов вверх и вниз по течению.

Солнечные панели сегодня почти на 50% эффективнее, чем когда проводилось это исследование.

Как и следовало ожидать, методы производства энергии на основе ископаемого топлива производят больше CO2, чем возобновляемые источники на кВтч.

Чего нельзя было ожидать, так это того, насколько велик разрыв между типами топлива.

Интенсивность выбросов солнечной фотоэлектрической энергии в течение жизненного цикла составляет примерно 40 г CO2/кВтч.

Интенсивность выбросов угля за жизненный цикл составляет примерно 1000 г CO2/кВтч.

Уголь производит в 25 раз больше углекислого газа, чем солнечная энергия производить одинаковое количество энергии.

Отклонение интенсивности излучения

Одно предостережение, которое следует отметить в пользу возобновляемых источников энергии, заключается в том, что кремниевые солнечные панели в гармонизации NREL имели эффективность от 13,2% до 14,0%.

Это было точным в годы, предшествовавшие 2014 году, но сегодня поликристаллические солнечные модули регулярно достигают эффективности> 19,5%.

Солнечные панели сегодня почти на 50% эффективнее, чем когда проводилось это исследование. Создание большего количества кВтч чистой энергии из того же производственного дефицита, что еще больше снизит интенсивность выбросов солнечной фотоэлектрической энергии.

Даже худший оценки солнечной фотоэлектрической энергии все еще в 3 раза лучше, чем Лучший оценки по углю (верность обеих ситуаций маловероятна).

Медианные и гармонизированные значения дают более точную картину интенсивности выбросов различных видов топлива (с учетом статистических выбросов).

Согласованное значение также учитывает значение солнечной радиации 1700 кВтч/м2, что примерно равно уровням, наблюдаемым в Альберте и Саскачеване.

Интенсивность выбросов — невероятно важный показатель, который необходимо учитывать при оценке воздействия солнечной энергии на окружающую среду.

Были проведены другие исследования и метаанализ, которые подтверждают воздействие солнечных батарей на окружающую среду по сравнению с другими источниками топлива, обнаруженными NREL.

Дополнительный анализ см. в Брукхейвенской национальной лаборатории Центра экологических исследований фотоэлектрических систем и в исследованиях энергетической политики.

Время окупаемости энергии солнечных панелей

Если для создания солнечных панелей требуется больше энергии, чем они будут производить в течение своего срока службы, или, аналогичным образом, если исходные эффекты от производства солнечных панелей хуже, чем эксплуатационные преимущества, технология в корне ошибочна.

Люди часто смотрят на рентабельность инвестиций (ROI) или период окупаемости, чтобы оценить стоимость финансовых вложений. Сколько времени пройдет, пока я не верну свои деньги?

25-летний период окупаемости не вызывает восторга у большинства людей, но 3-летний период окупаемости привлек бы внимание большинства инвесторов.

Тот же вопрос можно задать для производства энергии и оценки воздействия солнечных батарей на окружающую среду: сколько времени пройдет, пока солнечная энергетическая система не будет генерировать достаточно энергии, чтобы компенсировать энергию, необходимую для ее производства?

Срок окупаемости солнечной энергии зависит от вашего местоположения, поскольку различные погодные условия влияют на выработку солнечной энергии. Солнечная панель, установленная в пустыне Сахара, будет производить больше энергии и окупаться гораздо быстрее, чем та же панель, установленная над полярным кругом.

Еще раз, NREL предоставляет некоторые примечательные данные. Эти данные включают изготовление модуля, рамы и баланс компонентов системы.

Срок окупаемости мультикристаллических солнечных панелей составляет всего 2 года.

Еще одно приятное предостережение, которое следует отметить, заключается в том, что значение основано на предполагаемой эффективности солнечной панели 14%. Сегодня солнечные панели на 40-50% эффективнее.

Имея это в виду, разумно предположить, что солнечные панели имеют приблизительно срок окупаемости энергии от 1 до 2 лет.

Если бы вам предложили инвестиции со сроком окупаемости 2 года, вы бы согласились?

Электроэнергия Источники топлива Воздействие на окружающую среду

Экологические преимущества солнечной энергии также различаются в зависимости от того, какая форма энергии вытесняется.

Как следует из приведенного выше рисунка, выработка солнечной энергии вместо использования угольной электроэнергии будет гораздо более выгодной, чем если бы вы устанавливали солнечные панели, чтобы компенсировать главным образом гидро- или ветровую электроэнергию из сети.

Существует ряд других причин для установки солнечных панелей, даже если ваша сеть питается от возобновляемых источников (например, снижение нагрузки на сеть и снижение стоимости владения электричеством в течение всего срока службы), но они не будут здесь подробно описываться.

Такие провинции, как Новая Шотландия, Саскачеван и Альберта, больше всего выиграют от солнечной энергии, поскольку энергия в этих провинциях поступает в основном из ископаемого топлива.

Квебек получит наименьшую выгоду от развертывания солнечной энергии, поскольку их сеть уже почти не имеет выбросов.

Вывод

Солнечная энергия не идеальна, но в целом она оказывает положительное влияние на окружающую среду и финансовые результаты.

Да, для добычи/производства солнечных панелей требуется огромное количество энергии, и да, в процессе производства используются химические вещества. Однако эти два неопровержимых факта не означают, что солнечные панели оказывают негативное влияние, как показывают данные.

Энергия, необходимая для создания солнечной панели, окупится менее чем за 2 года. Даже с учетом этапа производства и обработки солнечной энергии объем выбросов в 3-25 раз меньше, чем при производстве такого же количества энергии из ископаемого топлива.

Сокращение выбросов от использования солнечной энергии по сравнению с любым ископаемым топливом (особенно углем) делает эту технологию чрезвычайно выгодной.

Вопросы, комментарии или опасения? Мы хотели бы услышать ваши мысли по этому поводу.

Нажмите на кнопки ниже, чтобы связаться с нами/получить бесплатное предложение по солнечной энергии или прочитать другие статьи.