Позитивний та негативний вплив сонячних панелей на навколишнє середовище.

Сонячні панелі це виключно «зелене» джерело енергії? Чи є хороший і поганий вплив сонячної енергії на навколишнє середовище? Чи справді сонячні панелі такі «зелені»?

Джерело Хабр.

Оригінальна стаття "The Positive and Negative Environmental Impacts of Solar Panels".

Вплив сонячних панелей на навколишнє середовище широко обговорюється і коментується, але які аргументи вірні, і що є лише «шумом» соціальних мереж?

Основні аргументи проти сонячних панелей полягають в тому, що вони вимагають більше енергії і обладнання для спалювання викопного палива для видобутку, виробництва і транспортування, ніж вони економлять.

Інший аргумент полягає в тому, що в виробничому процесі використовуються токсичні хімічні речовини, які приносять більше шкоди, ніж користі. Так, сонячна енергія не ідеальна.

З іншого боку, стверджується, що сонячні панелі створюють більше чистої енергії, ніж потрібно для їх створення, і провідні світові компанії дійсно подають приклад щодо правильного використання хімікатів. Тут ми розглянемо позитивний і негативний вплив сонячних панелей на середовище, а також те, що чекає в майбутньому сонячну енергетику.

Негативний вплив на навколишнє середовище сонячні панелі.
Почнемо з очевидного: сонячна енергія не ідеальна. Як і у всього в житті, є плюси і мінуси. Це особливо актуально для обговорення таких тем, як виробництво енергії для 7 мільярдів людей стійким і економічним способом.

Сонячна енергія не позбавлена недоліків. Давайте розглянемо їх тут:

Потреба в енергії. Сонячна енергія вимагає для виробництва значної кількості енергії. Гірничодобувна промисловість, виробництво і транспортування вимагають значної кількості енергії. Кварц необхідно обробляти, очищати, а потім проводити разом з іншими компонентами, які можуть надходити з різних підприємств (алюміній, мідь і т. д.), для виробництва одного сонячного модуля. Для нагріву кварцу на етапі обробки потрібно дуже велику кількість тепла. Виробництво вимагає поєднання декількох матеріалів з неймовірною точністю для виробництва високоефективних панелей. Все це вимагає багато енергії. При використанні традиційних видів палива, таких як газ чи вугілля, вони видобуваються, очищаються/обробляються і спалюються в дуже великих масштабах, як правило, в одному місці.
Хімічні речовини. Для виробництва кремнію «сонячної» якості при обробці напівпровідників зазвичай використовуються небезпечні хімічні речовини. Залежно від виробника сонячних батарей і країни-виробника ці хімічні речовини можуть утилізуватися, а можуть і не утилізуватися. Як і в будь-якій галузі, є компанії, які подають приклад, а є інші, які намагаються заощадити гроші. Не кожна компанія викидає хімічні речовини, або не переробляє їх побічні продукти належним чином, але є і погані приклади.
Утилізація - що відбувається, коли сонячні панелі ламаються або виводяться з експлуатації? Хоча переробка сонячних панелей ще не стала серйозною проблемою, в найближчі десятиліття вона стане серйозною, оскільки сонячні панелі необхідно замінити. В даний час сонячні модулі можна утилізувати разом з іншими стандартними електронними відходами. Країни, що не мають надійних засобів видалення електронних відходів, піддаються більш високому ризику проблем, пов'язаних з переробкою. Це основні екологічні проблеми, пов'язані з фотоелектричною галуззю. Побоювання, безумовно, є приводом для подальшого розслідування, але, судячи з цифр, можуть бути необґрунтованими.

Хімічні речовини, переробка і утилізація сонячних батарей.
Переробка та утилізація сонячних панелей - одна з основних проблем. Є явна проблема з рішеннями на перспективу. Це не так широко поширено, і не токсично, як може здатися. Кремнієві пластини стандартних сонячних модулів інкапсулюються, зазвичай етилвінілацетат (EVA). Цей шар захищає кремнієву пластину. Якщо модулі не використовується і належним чином і піддаються певним умовам випробувань, можливо і деякє вилуговування. При нормальних умовах експлуатації ці матеріали не виділяються. Сонячна енергія дуже ефективна для зменшення викидів вуглецю. Як і у випадку з усіма технологіями, необхідно мати справу з ненавмисними відходами або побічними продуктами. Очевидна відповідь - переробити сонячні панелі і продавати їх як базові елементи. Теоретично це чудова ідея, але цей шлях не є економічним і масштабованим, поки що.

Шляхи вперед
Великомасштабні заводи з переробки сонячних панелей існують, але вони не так поширені, як хотілося б. Це відставання завжди очікувано з новими галузями і технологіями.

Авторесайклери не з'явились на наступний день після того, як Model T зійшла з конвеєра. Склади пляшок не чекали появи пляшок. Переробники електронних відходів стали звичайним явищем зовсім недавно, через десятиліття після вибуху споживчої електроніки. Другорядним галузям потрібен час, щоб розвиватися навколо основних галузей. Альтернативним або додатковим рішенням, що допомагає економити на вторинній переробці, є стягування плати з виробників сонячних панелей, щоб вони спростили процес вторинної переробки, або обов'язкове виконання програми вторинної переробки з боку виробників. Для реалізації і вдосконалення обох варіантів буде потрібен час. Економіка переробки сонячних панелей буде покращена в міру виведення з експлуатації більшої кількості сонячних панелей. Більш високі обсяги в будь-якій галузі сприяють виникненню ефекту масштабу і творити чудеса. Простим вирішенням проблеми хімікатів, що використовуються в сонячних батареях, було б знайти альтернативні методи виробництва модулів. Це рішення вже знаходиться на стадії реалізації, хоча терміни його комерціалізації важко передбачити. Хоча хімічні речовини використовуються у виробництві сонячних панелей, порівняння з традиційними видами палива може дати корисний контекст. Виробництво будь-якої форми енергії в масовому масштабі потребують певного використання хімічних речовин в ланцюжку поставок. Після видобутку вугілля, його необхідно піддати хімічному очищенню і переробці. При видобутку фракційного природного газу використовуються хімічні суміші. І вугілля, і газ спалюються для виробництва електроенергії. Сама ядерна енергія вимагає збагачення з надзвичайно радіоактивними матеріалами. Немає ідеального джерела палива, у кожного є свої екологічні переваги і недоліки. Але одні можуть бути кращі за інших.

Вплив виробництва сонячних панелей на навколишнє середовище.
Сонячні панелі складаються з декількох компонентів: каркаса, осередків, заднього листа, захисної плівки, провідників і кришки із загартованого скла. Рама виготовлена з алюмінію, елементи - з кремнію, провідники - з міді, а задній лист і плівка - зазвичай з матеріалу на основі полімеру або пластику.

Для виробництва сонячних батарей сировину необхідно добувати, це в основному кварц, який переробляється в кремній. Алюміній, мідь або срібло також є ключовими матеріалами, які необхідно добувати або отримувати з перероблених джерел, але в основному вони видобуваються через збільшення розширення фотоелектричної галузі за останні 10 років. Після видобутку сировини кварц переробляється в кремній «електронної» якості. Цей процес включає нагрівання кварцу в високотемпературній печі, і його реакцію з різними хімічними речовинами. Для формування екструдованого алюмінієвого каркаса і прокатки загартованого скла потрібні інші виробничі процеси. Для виробництва чого-небудь зазвичай потрібна величезна кількість енергії.

Для створення сонячних панелей потрібно багато енергії, і загальні викиди значні, але після установки сонячних панелей вони виробляють енергію без викидів протягом більше 25 років.

Процес виробництва не має значення без контексту енергії, що виробляється за весь термін служби, а також від того, як складаються інші джерела палива.

Відповіді на два ключових питання:

Чи компенсує чиста енергія, що виробляється сонячними панелями, негативний вплив в процесі видобутку і виробництва?
Як інтенсивність викидів сонячної енергії порівнюється з традиційними джерелами електричної енергії, такими як вугілля?

Сонячні панелі сьогодні майже на 50% ефективніші, ніж коли проводилося це дослідження. Як і слід було очікувати, методи виробництва енергії на основі викопного палива виробляють більше CO2, ніж поновлювані джерела на 1 кВтг. Чого не можна було з початку очікувати, так як відразу не видно наскільки великий розрив між видами палива.

Інтенсивність викидів протягом життєвого циклу сонячних фотоелектричних систем становить приблизно 40 гСО2 / кВтг. Інтенсивність викидів вугілля протягом життєвого циклу становить приблизно 1 000 г CO2 / кВтг. Вугілля виробляє в 25 разів більше вуглекислого газу, ніж сонячна енергія, що дозволяє виробляти таку ж кількість енергії.

Зміна інтенсивності поглинання випромінювання як одне із застережень не на користь поновлюваних джерел енергії полягало в тому, що кремнієві сонячні панелі в гармонізації NREL були ефективні від 13,2% до 14,0%. Це було точно до 2014 року, але сьогодні полікристалічні сонячні модулі регулярно досягають ККД >19,5%. Сонячні панелі сьогодні майже на 50% ефективніше, ніж коли проводилося це дослідження. Створення більшої кількості кВтг чистої енергії за рахунок того ж виробничого циклу, що ще більше знизить інтенсивність викидів сонячних фотоелектричних систем. Навіть гірші оцінки для сонячних фотоелектричних систем все ще в 3 рази краще кращих оцінок для вугілля. Середні і узгоджені значення дають більш точну картину інтенсивності викидів від різних видів палива (з урахуванням статистичних викидів). Гармонізоване значення також враховує значення сонячного випромінювання 1700 кВтг / м2, що приблизно дорівнює рівнями, що спостерігаються в Альберті і Саскачевані (ред. Канада).

Інтенсивність викидів - неймовірно важливий показник, який необхідно враховувати при оцінці впливу сонячної енергії на навколишнє середовище. Були проведені інші дослідження і мета-аналіз, які підтверджують вплив сонячних панелей на навколишнє середовище в порівнянні з іншими джерелами палива, виявленими NREL.

Додатковий аналіз в Брукхейвенській національній лабораторії, Дослідницькому центрі навколишнього середовища PV, і в дослідженнях енергетичної політики.

Термін окупності сонячних панелей, якщо для створення сонячних панелей потрібно більше енергії, ніж вони будуть робити протягом свого терміну служби, або аналогічним чином, якщо вихідні ефекти виробництва сонячних панелей гірші, ніж експлуатаційні переваги, ця технологія оцінки в корені хибна. Люди часто дивляться на окупність інвестицій (ROI) або період окупності, щоб оцінити вартість фінансових вкладень. Як скоро я поверну свої гроші? 25-річний період окупності не радує більшість людей, але трирічний період окупності приверне увагу більшості інвесторів. Те ж питання можна сформулювати для вироблення енергії та оцінки впливу сонячних панелей на навколишнє середовище - скільки часу пройде, поки сонячна енергетична система виробляє достатньо енергії, щоб компенсувати витрати на виробництво енергії? Термін окупності сонячної енергії залежить від вашого місця розташування, оскільки різні погодні умови впливають на вироблення сонячної енергії. Сонячна панель, встановлена в пустелі Сахара, буде виробляти більше енергії і окупатися набагато швидше, ніж така ж панель, встановлена над полярним колом. І знову NREL надає деякі дані, які заслуговують на увагу. Ці дані включають виготовлення модуля, рами і баланс компонентів системи.

Термін окупності багатокрісталічних сонячних батарей становить всього 2 роки. Ще одне важливе застереження, яке слід зазначити, полягає в тому, що значення засноване на передбачуваній ефективності сонячної панелі в 14%. Сьогодні сонячні панелі на 40-50% ефективніше. Маючи це на увазі, розумно припустити, що сонячні панелі мають приблизний період окупності енергії від 1 до 2 років. Якби вам запропонували інвестицію з терміном окупності 2 роки, ви б її взяли?

Електроенергетика. Джерела палива. Вплив на навколишнє середовище.
Екологічні переваги сонячної енергії також різняться в залежності від того, яка форма енергії витісняється. Як випливає з наведеного раніше малюнка, виробництво сонячної енергії замість використання електроенергії з вугільних електростанцій буде набагато більш вигідним, ніж якби ви встановлювали сонячні панелі, щоб компенсувати в першу чергу гідро- або вітрову електроенергію з мережі. Існує ряд інших причин для установки сонячних панелей, навіть якщо ваша мережа харчується від поновлюваних джерел (наприклад, зниження навантаження на мережу, і зниження вартості володіння електроенергією протягом всього терміну служби), але вони не будуть тут докладно описані.

Такі провінції, як Нова Шотландія, Саскачеван і Альберта, найбільше виграють від сонячної енергії, оскільки енергія в цих провінціях надходить в основному з викопного палива. Квебек найменше виграє від використання сонячної енергії, оскільки їх мережа вже майже повністю позбавлена від викидів.

Висновок
Сонячна енергія не ідеальна, але в цілому вона робить позитивний «чистий» вплив на навколишнє середовище і фінансові наслідки. Так, для видобутку/виробництва сонячних панелей потрібна величезна кількість енергії, і так, в процесі виробництва використовуються хімічні речовини. Ці два незаперечних факти не означають, що сонячні панелі мають чистий негативний вплив, як показують дані. Енергія, необхідна для створення сонячної панелі, окупиться менш ніж за 2 роки. Навіть з урахуванням стадії виробництва і обробки сонячної енергії, що генеруються викиди в 3-25 разів менше, ніж при виробництві тої ж кількості енергії з викопного палива. Зниження викидів від використання сонячної енергії в порівнянні з будь-яким викопним паливом (особливо вугіллям) робить цю технологію надзвичайно вигідною.

Читайте також:

Поділитись:: Facebook; Twitter(X); Whatsapp; Telegram; Viber