Avaluació del cicle de vida (LCA) dels panells fotovoltaics de silici

Font: apropedia.org

Antecedents

Les tecnologies energètiques alternatives com els mòduls fotovoltaics (Figura 1) són cada cop més populars a tot el món. A 2008, per primera vegada, les inversions mundials en fonts d’energia alternativa van atraure més inversors que els combustibles fòssils, aconseguint un import net de 155 milions de dòlars en capital net enfront dels 110 milers de milions d’inversions noves en petroli, gas natural i carbó. L'energia solar sola va generar ingressos mundials de 6. 5 mil milions de dòlars a 2004, i es preveu gairebé triplicar el que tindrà uns ingressos previstos de $ 18. 5 mil milions per a 2010.

Les tecnologies energètiques alternatives són cada cop més populars a tot el món a causa d’una major consciència i preocupació sobre la contaminació i el canvi climàtic global. Les tecnologies energètiques alternatives ofereixen una nova opció per obtenir energia útil a partir de fonts amb menys impacte ambiental al planeta. Però, quant menys?

Una revisió prèvia publicada de l’anàlisi neta d’energia de la fotovoltaica basada en silici^[1]va trobar que tot tipus de silici (amorf, policristall i monocristal) basat en PV generava molta més energia al llarg de la seva vida que la que s’utilitza en la seva producció. Tots els fotovoltaics moderns de silici es paguen per si mateixos en termes d’energia en menys de 5 anys, fins i tot en escenaris de desplegament altament òptims.

Aquest article explora tots els impactes mediambientals associats a la producció i l'ús de tota la vida de panells fotovoltaics (PV) de silici.

Què és una avaluació del cicle de vida (LCA)

Una Avaluació del Cicle de Vida (LCA) avalua els impactes ambientals d’un producte o procés des de la producció fins a l’eliminació^[2]. Un LCA investiga els inputs de material i energia necessaris per produir i utilitzar un producte, les emissions associades al seu ús i els impactes ambientals de l'eliminació o el reciclatge. L’ACV també pot investigar els costos externs, com la mitigació ambiental, que es fan necessaris per la producció o l’ús d’un producte^[3].

Breu història de l’energia solar

La primera cèl·lula fotovoltaica va ser construïda per Charles Fritts, que va construir una cèl·lula de 30 cm a partir de seleni i or a 1883^[4]. Els investigadors de Bell Labs van descobrir la moderna tecnologia fotovoltaica de silici a 1954 , que van desenvolupar accidentalment la unió pn que permet a la fotovoltaica produir electricitat útil.^[5]. A 1958, la NASA va començar a utilitzar la fotovoltaica com a sistemes d’energia de còpia de seguretat per als seus satèl·lits^[4]La primera residència amb energia solar es va construir a la Universitat de Delaware a 1973 i el primer projecte fotovoltaic a escala de megawatt es va instal·lar a Califòrnia a 1984^[4].

Anàlisi del cicle de vida dels panells PV de silici

La secció següent conté una breu anàlisi del cicle de vida dels panells fotovoltaics de silici. Entre els factors del cicle de vida analitzats s’inclouen: l’energia necessària per a la producció, les emissions de diòxid de carboni del cicle de vida, i totes les emissions de contaminació generades al llarg d’un plafó fotovoltaic vida útil des de: transport, instal·lació, explotació i eliminació.

Requisits energètics per a la producció

La fabricació de fotovoltaica és aclaparadorament el pas més intensiu en energia dels mòduls fotovoltaics instal·lats. Com es veu a la figura 2, s’utilitzen grans quantitats d’energia per convertir sorra de sílice en silici d’alta puresa necessari per a hòsties fotovoltaiques. El muntatge dels mòduls fotovoltaics és un altre pas intensiu en recursos amb l’afegit d’emmarcaments d’alumini d’alt contingut energètic i sostres de vidre.

L’impacte ambiental d’un mòdul fotovoltaic de silici implica la producció de tres components principals: el bastidor, el mòdul i els components de l’equilibri del sistema com el cremallera i el convertidor^[3]. Els gasos d’efecte hivernacle són causats principalment per la producció de mòduls (81%), seguit del saldo del sistema (12%) i el fotograma (7%)^[3]). Els requeriments de recursos del cicle de producció es resumeixen a la figura 3.

Figura 3: el cicle de producció i els recursos necessaris d’un mòdul de silici^[6].

Emissions de diòxid de carboni de vida

Les emissions de diòxid de carboni del cicle de vida es refereixen a les emissions causades per la producció, el transport o la instal·lació de materials relacionats amb sistemes fotovoltaics. A més dels mòduls, la instal·lació típica inclou cable elèctric i un bastidor metàl·lic. Els sistemes fotovoltaics muntats a terra també inclouen un fonament de formigó. Les instal·lacions remotes poden requerir una infraestructura addicional per a la transmissió d’electricitat a la xarxa elèctrica local. A més dels materials, una anàlisi del cicle de vida hauria d’incloure diòxid de carboni emès dels vehicles durant el transport de mòduls fotovoltaics entre la fàbrica, el magatzem i el lloc d’instal·lació. La figura 4 compara les contribucions relatives d’aquests factors als impactes de diòxid de carboni de tota la vida de cinc tipus de mòduls fotovoltaics^[7].

Figura 4:Emissions de diòxid de carboni a tota la vida per a instal·lacions fotovoltaiques a gran escala, classificades segons el component. Aquest gràfic compara els mòduls típics de silici monocristal·lí (m-Si (a)), el silici monocristal·lí d’alta eficiència (m-Si (b)), el telluri de cadmi (CdTe) i els mòduls de coure indium seleni (CIS). Gràfic per autors, basat en[7].

Emissions de transport

El transport representa prop del 9% de les emissions de cicle de vida de les fotovoltaiques^[7]. Els mòduls fotovoltaics, els bastidors i el maquinari de l’equilibri del sistema (com ara cables, connectors i suports de muntatge) són freqüentment produïts a l’estranger i transportats als Estats Units en vaixell.^[8].En els Estats Units, aquests components són transportats en camió als centres de distribució i, finalment, al lloc d’instal·lació.

Instal·lació Emissions

Les emissions associades a la instal·lació inclouen les emissions de vehicles, el consum de material i el consum d'electricitat associats a les activitats de construcció locals per instal·lar el sistema. Aquestes activitats generen menys del 1% de les emissions totals de cicle de vida del sistema fotovoltaic^[8].

Operació Emissions

No es generen emissions d'aire ni d'aigua durant l'ús de mòduls fotovoltaics. Durant la construcció de mòduls fotovoltaics a partir d’emissions de dissolvents i d’alcohol, es produeixen impactes aeri que contribueixen a la formació d’ozó fotoquímica. Les conques hidrogràfiques es veuen afectades per la construcció de mòduls procedents de l’extracció de recursos naturals com el quars, el carbur de silici, el vidre i l’alumini. En general, la substitució de l’electricitat actual de la xarxa mundial per sistemes fotovoltaics centrals comportaria una reducció del 89-98% de les emissions de gasos d’efecte hivernacle, criteris contaminants, metalls pesants i espècies radioactives.^[9].

Emissions d'eliminació

L'eliminació de mòduls fotovoltaics de silici no ha causat impactes importants perquè les instal·lacions a gran escala només han estat utilitzades des de mitjans del 1980' s i els mòduls fotovoltaics tenen una vida mínima de 30 anys^[4]. Fthenakis et al. (2005)^[2]va identificar específicament la manca de dades disponibles sobre l'eliminació o el reciclatge de mòduls fotovoltaics, de manera que aquest tema requereix una investigació més detallada.

LCA de Fotovoltaica en comparació amb altres fonts d’energia

Les emissions de cicle de vida total associades a la producció d’energia fotovoltaica són superiors a les de l’energia nuclear, però inferiors a les de la producció d’energia de combustibles fòssils. A continuació es recullen les emissions de gasos d’efecte hivernacle del cicle de vida de diverses tecnologies de generació d’energia:^[3].

• PV de silici: 45 g / kWh

• Carbó: 900 g / kWh

• Gas natural: 400-439 g / kWh

• Nuclear: 20-40 g / kWh

Durant els seus 20-30 anys de vida, els mòduls solars generen més electricitat de la que es va consumir durant la seva producció. El temps d’amortització d’energia quantifica la vida útil mínima necessària per a un mòdul solar per generar l’energia que es va utilitzar per produir el mòdul. Com es mostra a la Taula 1, el temps mitjà de recuperació d'energia és de 3-6 anys.

Taula 1: Temps de retorn de l’energia (EPBT) i Factors de retorn d’energia (ERF) dels mòduls fotovoltaics instal·lats a diverses ubicacions del món^[6].

Conclusions

Els panells fotovoltaics de silici tenen un impacte ambiental de cicle de vida baix en comparació amb la majoria de formes convencionals d’energia com el carbó i el gas natural. Les majors emissions de carboni causades per l’ús de panells fotovoltaics són les associades a la producció de mòduls. Els temps de recuperació d'energia (EPBT) varien entre 3 i 6 anys per a diversos climes solars al món. En general, els panells fotovoltaics de silici cobren els costos energètics inicials de producció necessaris molt abans de la seva vida útil i són generadors nets d’energia durant la major part de la seva vida útil.

Referències