Ślad węglowy modułów fotowoltaicznych
Wiemy, że panele słoneczne są uważane za ”czyste” i ekologiczne. Jak dokładnie wygląda jednak ich ślad węglowy i jak porównują się w tej kwestii to klasycznych źródeł energii?
Wiemy, że na pewnych etapach swojego cyklu życia panele fotowoltaiczne są odpowiedzialne za emisje dwutlenku węgla. Jednak w porównaniu z innymi odnawialnymi źródłami energii, nadal stanowi to ułamek emisji wytwarzanych przez paliwa kopalne, takie jak gaz ziemny i węgiel.
Dzisiaj postaram się przyjrzeć śladowi węglowemu paneli słonecznych. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, panele słoneczne nie wytwarzają emisji podczas wytwarzania energii. Dlatego są tak ważnym elementem trwającej obecnie transformacji czystej energii, mającej na celu zmniejszenie ogólnej emisji gazów cieplarnianych i spowolnienie zmian klimatu. Etapy produkcji modułów prowadzące do punktu startu czyli wytwarzania energii słonecznej, powodują już jednak emisje. Zaczynając od wydobycia metali i minerałów ziem rzadkich, poprzez proces produkcji paneli, aż po transport surowców i gotowych paneli.
Analizując zatem ślad węglowy modułów fotowoltaicznych uwzględnić musimy kilka zasadniczych czynników. W tym sposób pozyskiwania materiałów używanych do produkcji paneli, sposób produkcji paneli oraz przewidywaną żywotność panelu.
Podstawowym elementem panelu słonecznego jest ogniwo słoneczne, zwykle wykonane z krzemowych półprzewodników. To one wychwytują i przekształcają ciepło słoneczne w energię użytkową. Zbudowane są z dwóch warstw. Dodatniej i ujemnej dzięki czemu pochłaniają światło słoneczne. W procesie fotowoltaicznym wytwarzają prąd elektryczny poprzez przemieszczanie elektronów między dodatnimi i ujemnymi warstwami ogniwa słonecznego. Prąd ten jest przesyłany przez przewodzące metalowe linie siatki panelu słonecznego. Każde ogniwo słoneczne jest również pokryte substancją zapobiegającą odbiciom, dzięki czemu panele pochłaniają maksimum światła słonecznego.
Oprócz krzemu panele słoneczne wykorzystują również pierwiastki ziem rzadkich i metale szlachetne, takie jak srebro, miedź, ind, tellur i lit. Wydobywanie wszystkich tych substancji powoduje emisje gazów cieplarnianych i może zanieczyszczać powietrze, glebę i wodę. Zmierzenie poziomu emisji jest zadaniem trudnym. Jakość i poziom raportowania takich danych od producentów jest różny i raczej zaniżany. Raportowanie dokładnych pomiarów i wykresy śladu węglowego związanego z wydobyciem, przetwarzaniem i transportem kluczowych minerałów i metali są zatem trudne do uzyskania i zmierzenia. Grupa ośrodków badawczych utworzyła Koalicję ds. Transparentności Badań nad Materiałami, aby spróbować rozwiązać ten problem poprzez opracowanie ogólnobranżowych standardów oceny emisji dwutlenku węgla z górnictwa. Na razie jednak prace te znajdują się we wczesnej fazie.
Rodzaje paneli fotowoltaicznych – ślad węglowy modułów fotowoltaicznych
Pamiętać należy, że istnieje więcej niż jeden rodzaj paneli fotowoltaicznych. Co za tym idzie różne panele mają różny ślad węglowy.
Obecnie dostępne są dwa typy komercyjnych paneli fotowoltaicznych: monokrystaliczne i polikrystaliczne. W każdym z powyższych typów inaczej uzyskuje się tabliczki krzemowe a procesy produkcyjne sporo się od siebie różnią. Według badań te moduły wykazują efektywność konwersji energii w uśrednionym zakresie od 18% do 24%.
Ogniwa monokrystaliczne są wykonane z jednego kawałka krzemu pociętego na małe, cienkie płytki i przymocowane do panelu. Są obecnie najpopularniejsze i mają najwyższą wydajność. Jednak ze względu na złożony proces tworzenia pojedynczych kryształów krzemu powodują one największe emisje.
Z drugiej strony, polikrystaliczne ogniwa słoneczne polegają na stopieniu razem kryształów krzemu, co wymaga mniej energii, a tym samym powoduje mniejsze emisje.
Cienkowarstwowe moduły fotowoltaiczne to trzecia technologia, która może wykorzystywać jeden z kilku materiałów. Używa się do ich produkcji tellurek kadmu lub selenek miedziowo-indowo-galowy (CIGS) do generowania energii elektrycznej. Jednak jak dotąd cienkowarstwowe panele nie mają takiej wydajności, jak ich odpowiedniki z krzemu krystalicznego. Są też najmniej popularną technologią fotowoltaiczną.
Mamy też nowe technologie fotowoltaiczne mające na celu dalsze zwiększenie wydajności fotowoltaiki. Zdecydowanie dużo nadziei branża pokłada w technologii perowskitów. Pominę tutaj moją ocenę technologii podając to co mówią jej producenci. Struktura kryształów perowskitu bardzo skutecznie pochłania światło słoneczne. Dużo lepiej niż krzem pochłania też promienie światła w pomieszczeniach w pochmurne dni. Cienkie warstwy wykonane z perowskitu mogą prowadzić do paneli o większej wydajności i wszechstronności. Można je nawet malować na budynkach i innych powierzchniach przy użyciu specjalnych farb fotowoltaicznych. Co najważniejsze, istnieje możliwość produkcji perowskitów za ułamek ceny krzemu i przy znacznie mniejszym zużyciu energii.
Obecnie jednak najbardziej rozpowszechnione są krzemowe panele krystaliczne. W 2017 r. stanowiły one około 97% amerykańskiego rynku fotowoltaicznego, a także zdecydowaną większość rynku światowego.
Jednak proces produkcji paneli krzemowych generuje znaczne emisje. Chociaż sam krzem występuje w dużych ilościach, w procesie produkcyjnym należy go stopić w piecu elektrycznym w bardzo wysokich temperaturach. Proces ten często opiera się na energii z paliw kopalnych, zwłaszcza węgla.
Przeciwnicy fotowoltaiki wskazują, że skoro do produkcji modułów fotowoltaicznych używamy energii pozyskanej z klasycznych źródeł to nie jest ona ”’eko”.
Wytapianie krzemu stanowi energochłonną część procesu produkcji paneli fotowoltaicznych. Same poziomy wytwarzanych emisji są jednak dalekie od emisji ze źródeł energii z paliw kopalnych. Kolejna kwestia dotyczy miejsca produkcji paneli słonecznych. Odkąd trochę na własne życzenie przekazaliśmy do Azji całe ”know-how” produkcyjne moduły spod chińskiej ręki zdominowały rynek światowy.. W Chinach około połowa energii zużywanej w tym procesie pochodzi obecnie z węgla. Co jest ilością znacznie większą niż w Europie i Stanach Zjednoczonych. Wzbudza to oczywiście obawy dotyczące emisji związanych z panelami fotowoltaicznymi.
Przez ostatnie lata widzimy, że produkcja coraz bardziej koncentruje się w Chinach. Duże odległości transportowe i używane do transportu paliwa kopalne czyli wzrost emisji to kolejny problem do rozwiązania. Wydobywanie surowców często odbywa się z dala od zakładów produkcyjnych, które z kolei mogą znajdować się na kontynentach i oceanach oddalonych od miejsca instalacji.
Ciekawe badania przeprowadzono w 2014 roku przez Argonne National Laboratory i Northwestern University.
Wykazały one, że krzemowy panel fotowoltaiczny wyprodukowany w Chinach i zainstalowany w Europie miałby dwukrotnie większy ślad węglowy w porównaniu z panelem, który został wyprodukowany i zainstalowany w Europie. Ślad węglowy modułów fotowoltaicznych
Oczywiście jest tak ze względu na większy ślad węglowy Chin w produkcji fotowoltaicznej wraz ze śladem emisji związanym z wysyłką gotowych paneli słonecznych na tak duże odległości.
Chińczycy jednak wcale nie zostają w tyle. Naukowcy twierdzą, że różnica w emisjach między Chinami a innymi dużymi zakładami produkcyjnymi może z czasem się zmniejszyć. Chiny pracują nad bardziej rygorystycznymi przepisami dotyczącymi ochrony środowiska w ramach swoich zobowiązań w zakresie redukcji emisji. Istnieje również nacisk na rozszerzenie łańcucha dostaw i produkcji PV na rynku krajowym w USA. , UE i gdzie indziej, co zmniejszyłoby zależność od Chin.
Żywotność panel fotowoltaicznych czyli wracamy do problemów recyklingu. Ślad węglowy modułów fotowoltaicznych
To jak długo działają Nasze moduły fotowoltaiczne to ważny aspekt w pomiarach śladu węglowego. Przemysł fotowoltaiczny zazwyczaj gwarantuje, że panele będą działać od 25 do 30 lat. Jak długo musi produkować energię panel fotowoltaiczny żeby nastąpił zwrot energii produkcyjnej. Jaki jest czas potrzebny na spłatę „długu węglowego” z emisji powstałych podczas wydobycia, produkcji i transportu? Uśredniając wynosi to na ogół od jeden lub trzy lata.
Jest to zależne od czynników, takich jak lokalizacja i ilość światła słonecznego, które otrzymuje. Oznacza to, że panel może zwykle wytwarzać energię elektryczną bez emisji dwutlenku węgla przez dziesięciolecia już po tym krótkim okresie ”zwrotu emisyjnego”. I choć starsze panele fotowoltaiczne z czasem zdecydowanie tracą na wydajności, to nadal mogą generować znaczną ilość energii przez lata poza gwarancją.
Badanie przeprowadzone w 2012 r. przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej wykazało, że wydajność energetyczna panelu słonecznego zazwyczaj spada o zaledwie 0,5% rocznie.
Mierząc ślad węglowy panelu słonecznego przez cały okres jego użytkowania, należy również wziąć pod uwagę jego recykling. Czyli w jaki sposób jest on usuwany pod koniec jego okresu produkcyjnego. A także czy niektóre panele słoneczne nie są usuwane przedwcześnie. Niedawne badanie przeprowadzone w Australii wykazało, że często ma to miejsce. Z wieloma zachętami do wymiany paneli fotowoltaicznymi i finansową stroną tzw. ”repoweringu”, zanim osiągną koniec swojej produktywności. Autorzy powołują się na pomoc rządową, która zachęca do instalacji nowszych paneli, oraz tendencję firm fotowoltaicznych do radzenia sobie z uszkodzonym panelem poprzez prostą wymianę ich większej ilości w rzędach.
Ponadto ludzie często chcą zamienić swoje systemy już po kilku latach użytkowania na nowsze, wydajniejsze systemy oferujące większe oszczędności energii. Konsekwencją dla Australii jest alarmujący wzrost ilości e-odpadów pochodzących ze zużytych paneli słonecznych. Pewnym rozwiązaniem jest recykling czyli odzyskanie frakcji bazowych ale i on naturalnie powiększa ślad węglowy. Jeśli wyrzucone panele muszą być transportowane na duże odległości do zakładów recyklingu. Badania sugerują, że wydłużenie żywotności paneli słonecznych jest niezbędne do rozwiązania problemów związanych z emisjami i odpadami związanymi z utylizacją paneli po zakończeniu ich eksploatacji.
Chociaż nie można zaprzeczyć, że panele fotowoltaiczne mają ślad węglowy, to nadal nie ma to nic wspólnego z emisją dwutlenku węgla i innymi wpływami na środowisko, wynikającymi z energii elektrycznej wytwarzanej z paliw kopalnych.
W 2017 roku opublikowano w Nature Energy badanie, które przeprowadziło ocenę cyklu życia odnawialnych i nieodnawialnych źródeł energii. Jego wyniki pokazały dość jednoznacznie różnice w śladach węglowych poszczególnych źródeł produkcyjnych. Energia słoneczna, wiatrowa i jądrowa mają wielokrotnie niższy ślad węglowy niż energia wytwarzana z paliw kopalnych. Dotyczyło to nawet uwzględnienia „ukrytych” źródeł emisji, takich jak wydobycie zasobów, transport i produkcja, które oczywiście są również związane z paliwami kopalnymi.
Badanie wykazało, że węgiel, nawet z wdrożoną technologią wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS), generuje 18-krotność śladu węglowego w porównaniu z energią słoneczną. Podczas gdy gaz ziemny ma 13-krotność śladu węglowego w porównaniu z energią słoneczną. Z biegiem czasu produkcja paneli fotowoltaicznych stała się bardziej wydajna. Natomiast trwające prace badawczo-rozwojowe nieustannie dążą do zwiększenia wydajności przy jednoczesnym obniżeniu kosztów i emisji.
O ile lepsza jest energia słoneczna dla środowiska?
Emisje dwutlenku węgla to tylko jeden z istotnych czynników oceny wpływu paneli słonecznych na środowisko. Podczas gdy samo wytwarzanie energii słonecznej nie powoduje zanieczyszczeń, energia słoneczna opiera się na nieodnawialnych metalach i minerałach. Wiąże się to z zanieczyszczaniami od działalności wydobywczej. Często powoduje utratę siedlisk i różnorodności biologicznej. Wiemy przecież, że kopalnie i drogi są budowane często na dziewiczych obszarach. Niszczy się habitaty i ekosystemy aby ułatwić transport sprzętu i surowców. Podobnie jak w przypadku każdej formy wytwarzania energii, niektórzy ludzie odczują większy negatywny wpływ niż inni. Na przykład osoby mieszkające w pobliżu zakładów górniczych lub zakładów produkujących panele, które spalają paliwa kopalne.
Z e-odpadami pochodzącymi ze zużytych paneli fotowoltaicznych wiążą się dodatkowe skutki. Biorąc jednak pod uwagę skumulowany wpływ paneli słonecznych na środowisko oraz zestawiając to z energią wytwarzaną ze źródeł paliw kopalnych mamy jasną odpowiedź. Energia słoneczna ma znacznie bardziej ograniczony wpływ pod względem emisji dwutlenku węgla i zanieczyszczenia.
Planujecie budowę swojej farmy fotowoltaicznej lub poszukujecie firmy świadczącej usługi O&M?
Chcecie zakupić projekt farmy fotowoltaicznej lub wiatrowej i potrzebujecie sprawnie i profesjonalnie wykonać audyt / due diligence?
Poszukujecie recyklera paneli fotowoltaicznej lub firmy myjącej instalacje i farmy fotowoltaiczne?
Zapraszamy do kontaktu z Nami!
