Sind Sonnenkollektoren wirklich so „grün“? Die Umweltauswirkungen von Sonnenkollektoren werden ausführlich diskutiert und kommentiert, aber welche Argumente sind gültig und was ist Social-Media-Lärm?
Hauptargumente gegen Sonnenkollektoren sind, dass sie mehr Energie und Ausrüstung zur Verbrennung fossiler Brennstoffe benötigen, um abzubauen, herzustellen und zu transportieren, als sie sparen., Ein weiteres Argument ist, dass giftige Chemikalien im Herstellungsprozess verwendet werden, die mehr schaden als nützen.
Solarenergie ist nicht perfekt
Auf der anderen Seite wird argumentiert, dass Sonnenkollektoren mehr saubere Energie erzeugen, als sie erzeugen, und globale Top-Unternehmen sind in Bezug auf den chemischen Einsatz wirklich führend.
Hier werden wir die positiven und negativen Umweltauswirkungen von Sonnenkollektoren untersuchen und was die Zukunft für die Solarenergiebranche bereithält.,
Negative Umweltauswirkungen Sonnenkollektoren
Beginnen wir mit dem Offensichtlichen – Solarenergie ist nicht perfekt. Wie alles im Leben, gibt es vor-und Nachteile.
Dies gilt insbesondere für kleine Themen wie die nachhaltige und wirtschaftliche Energieerzeugung für 7 Milliarden Menschen.
Solarenergie ist nicht ohne Nachteile. Betrachten Sie hier:
1. Energiebedarf-Solar benötigt eine erhebliche Menge an Energie im Voraus zu produzieren. Bergbau, Herstellung und Transport erfordern erhebliche Mengen Energie., Quarz muss verarbeitet und gereinigt und dann mit anderen Komponenten hergestellt werden, die aus verschiedenen Einrichtungen (Aluminium, Kupfer usw.) stammen können..), um ein einzelnes Solarmodul zu erzeugen. Das Erhitzen des Quarzes während der Verarbeitungsstufe erfordert eine sehr hohe Wärme. Die Herstellung erfordert die Kombination mehrerer Materialien mit unglaublicher Präzision, um Platten mit hoher Effizienz herzustellen. All dies erfordert viel up-front-Energie. Mit herkömmlichen Brennstoffen wie Gas oder Öl werden sie in sehr großen Maßstäben, typischerweise an einem einzigen Ort,extrahiert, gereinigt/verarbeitet und verbrannt.
2., Chemikalien – Zur Herstellung von Silizium in Solarqualität sind bei der Halbleiterverarbeitung typischerweise gefährliche Chemikalien erforderlich. Je nach Hersteller und Herkunftsland des Solarmoduls können diese Chemikalien ordnungsgemäß entsorgt werden oder auch nicht. Wie jede Branche gibt es Unternehmen, die mit gutem Beispiel vorangehen, und andere, die Ecken schneiden, um Geld zu sparen. Nicht jedes Unternehmen wird Chemikalien entsorgen oder seine Nebenprodukte nicht richtig recyceln, aber es gibt schlechte Äpfel da draußen.
3. Recycling-Was passiert, wenn Sonnenkollektoren kaputt gehen oder stillgelegt werden?, Obwohl das Recycling von Sonnenkollektoren noch kein großes Thema geworden ist, wird es in den kommenden Jahrzehnten so sein, da Sonnenkollektoren ersetzt werden müssen. Derzeit können Solarmodule mit anderen Standard-E-Abfällen entsorgt werden. Länder ohne robuste Mittel zur Entsorgung von Elektroschrott haben ein höheres Risiko für Recyclingprobleme.
Dies sind die wichtigsten Umweltbelange rund um die PV-Industrie. Die Befürchtung ist sicherlich Anlass für weitere Untersuchungen, kann aber nach den Zahlen unbegründet sein.,
Chemikalien, Recycling und Entsorgung von Sonnenkollektoren
Das Recycling und die Entsorgung von Sonnenkollektoren ist ein Hauptanliegen. Es gibt ein klares Problem mit Lösungen am Horizont.
Dies ist nicht so weit verbreitet oder toxisch,wie es scheinen mag. Die Siliziumwafer von Standard-Solarmodulen sind gekapselt, üblicherweise durch Ethyly Vinylacetat (EVA). Diese Schicht schützt den Siliziumwafer. Wenn Module nicht ordnungsgemäß entsorgt werden und bestimmten Testbedingungen ausgesetzt sind, kann es zu einer Auslaugung kommen. Unter normalen Betriebsbedingungen werden diese Materialien nicht freigegeben.,
Solarenergie ist sehr effektiv bei der Co2-Minderung. Wie bei allen Technologien müssen die unbeabsichtigten Abfälle oder Nebenprodukte behandelt werden.
Eine offensichtliche Antwort besteht darin, Sonnenkollektoren zu recyceln und ihre Grundelemente zu verkaufen. Theoretisch großartig, aber dieser Weg ist noch nicht wirtschaftlich, skalierbar.
Pfade nach vorne
Große Solarpanel-Recyclinganlagen existieren, sind aber nicht so verbreitet, wie sie sein müssen.
Diese Verzögerung wird mit neuen Branchen und Technologien erwartet. Auto-Recycler erschien nicht am Tag nach dem Modell T von der Linie gerollt., Flaschendepots warteten nicht auf das Aufkommen von Flaschen. E-Waste-Recycler sind erst vor kurzem, Jahrzehnte nach der Explosion der Unterhaltungselektronik, alltäglich geworden.
Es braucht Zeit, bis sich Sekundärindustrien rund um Primärindustrien entwickeln.
Eine alternative oder zusätzliche Lösung, um die Wirtschaftlichkeit des Recyclings zu unterstützen, besteht darin, Solarpanelherstellern eine Gebühr zu zahlen, um den Recyclingprozess zu erleichtern, oder von den Herstellern ein Recyclingprogramm durchzuführen.
Die Implementierung und Perfektionierung beider Optionen wird einige Zeit in Anspruch nehmen.,
Die Wirtschaftlichkeit des Recyclings von Solarmodulen wird verbessert, wenn mehr Solarmodule stillgelegt werden. Höhere Volumina in jeder Branche ermöglichen es der Skalenökonomie, ihre Magie zu entfalten.
Eine einfache Lösung für die in Sonnenkollektoren verwendeten Chemikalien wäre die Suche nach alternativen Methoden zur Herstellung von Modulen. Diese Lösung ist bereits im Gange, obwohl der Zeitplan für die Kommerzialisierung schwer vorherzusagen ist.
Obwohl Chemikalien in der Produktion von Sonnenkollektoren verwendet werden, kann der Vergleich zu herkömmlichen Brennstoffen einen nützlichen Kontext bieten., Die Erzeugung jeglicher Form von Energie im Massenmaßstab erfordert einen gewissen Einsatz von Chemikalien in der Lieferkette.
Kohle muss nach dem Abbau chemisch gereinigt und behandelt werden. Fracking-Erdgas muss mit chemischen Gemischen extrahiert werden. Sowohl Kohle als auch Gas werden verbrannt, um Strom zu erzeugen. Die Kernenergie selbst erfordert den Umgang mit extrem radioaktiven Materialien.
Keine Kraftstoffquelle ist perfekt, jede hat ihre eigenen ökologischen Vor-und Nachteile.
Aber einige sind besser als andere.,
Umwelt-Auswirkungen von Solar-Panel-Fertigungs –
Wie werden Sonnenkollektoren gemacht und was sind die ökologischen Auswirkungen dieses Prozesses?
Sonnenkollektoren haben nur wenige Komponenten: einen Rahmen, Zellen, Backsheet, Schutzfolie, Leiter und eine Abdeckung aus gehärtetem Glas. Der Rahmen besteht aus Aluminium, die Zellen aus Silizium, die Leiter aus Kupfer und die Backsheet &-Folie sind typischerweise ein Polymer-oder kunststoffbasiertes Material.,
Um Solarpaneele herzustellen, muss der Rohstoff abgebaut werden, dies ist überwiegend Quarz, der zu Silizium verarbeitet wird. Aluminium und Kupfer oder Silber sind ebenfalls wichtige Materialien, die abgebaut oder aus recycelten Quellen gewonnen werden müssen, aber meistens werden sie aufgrund der zunehmenden Expansion der PV-Industrie in den letzten 10 Jahren abgebaut.,
Nach dem Abbau von Rohstoffen wird der Quarz zu elektronischem Silizium verarbeitet. Bei diesem Prozess wird der Quarz in einem Hochtemperaturofen erhitzt und mit verschiedenen Chemikalien reagiert.
Andere Herstellungsverfahren sind erforderlich, um den extrudierten Aluminiumrahmen zu formen und das gehärtete Glas zu rollen. Die Herstellung von allem erfordert im Allgemeinen große Mengen an Energie.,
Solar panels nehmen eine menge energie zu schaffen, aber die insgesamt emissionen sind stark front-geladen. Nach der Installation von Sonnenkollektoren produzieren sie 25+ Jahre lang emissionsfreie Energie.
Der Herstellungsprozess ist ohne Kontext der erzeugten Lebenszeitenergie sowie der Art und Weise, wie sich andere Brennstoffquellen stapeln, irrelevant.
Die Antworten auf zwei Schlüsselfragen liefern diesen Kontext:
1., Gleicht die saubere Energie, die aus Sonnenkollektoren erzeugt wird, die negativen Auswirkungen während des Bergbau-und Herstellungsprozesses aus?
2. Wie ist die Emissionsintensität der Solarenergie im Vergleich zu herkömmlichen Strombrennstoffquellen wie Kohle?
Kohlenstoffemissionsintensität von Sonnenkollektoren und anderen Kraftstoffen
Die Emissionsintensität ist die Lebensdauer (Gesamt) der Kohlenstoffemissionen, die pro Energieeinheit bewertet werden. Dies wird durch Gramm Kohlendioxidäquivalent pro Kilowattstunde (gC02e/kWh) oder einen äquivalenten Wert, Tonnen Kohlendioxidäquivalent pro Megawattstunde (tC02/MWh), angezeigt.,
Je geringer die Emissionsintensität ist, desto besser sind die Umweltauswirkungen, da weniger CO2 emittiert wird, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen.
Lebenslange Kohlenstoffemissionen aus Solar
Um ein klares Bild des CO2-Fußabdrucks von Solar zu zeichnen, wurden in den letzten Jahrzehnten Hunderte von Studien zur Bewertung des Lebenszyklus des Emissionsprofils von Solarenergie durchgeführt.
Diese Bewertungen umfassten vor -, betriebs-und nachgelagerte Phasen der Energieerzeugung aus verschiedenen Brennstoffquellen wie Solar-PV, Solarthermie, Wind, Kernenergie, Erdgas und Kohle.
Im Jahr 2014, die US -, Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) des Energieministeriums untersuchte 400 dieser Studien, in denen Diskrepanzen, Ausreißer und andere variable Faktoren berücksichtigt wurden, die zu den Daten beitragen. Die Daten wurden dann unter Verwendung eines diskreten Satzes von Annahmen für Vergleichszwecke harmonisiert.
Die Ergebnisse zeigten, dass Sonnenkollektoren etwa 60% bis 70% ihrer Energie im Voraus benötigen, etwa 25% während des Betriebs und etwa 5% bis 20% nach ihrer produktiven Lebensdauer.,
Kohle hingegen erzeugte ~98% ihrer Emissionen während des Betriebsprozesses (Bergbau, Transport, Verbrennung usw.) und nur 1% während vor-und nachgelagerter Prozesse.
Sonnenkollektoren sind heute fast 50% effizienter als bei dieser Studie
Da man erwarten könnte, dass Methoden zur Erzeugung fossiler Brennstoffe mehr CO2 produzieren als erneuerbare Quellen pro kWh.
Was man vielleicht nicht erwartet hätte, ist, wie groß die Lücke zwischen den Kraftstofftypen ist.,
Die Emissionsintensität von Solar-PV im Lebenszyklus beträgt etwa 40 gC02/kWh.
Die Emissionsintensität von Kohle im Lebenszyklus beträgt etwa 1.000 gC02 / kWh.
Kohle produziert 25x mehr Kohlendioxid als Sonnenenergie, um die gleiche Energiemenge zu erzeugen.,
Varianz der Emissionsintensität
Eine Einschränkung zugunsten erneuerbarer Energien ist, dass die Siliziumsolarmodule in der NREL-Harmonisierung 13.2% bis 14.0% effizient waren.
Dies war in den Jahren vor 2014 der Fall, aber heute erzielen polykristalline Solarmodule regelmäßig Wirkungsgrade von >19,5%.
Sonnenkollektoren sind heute fast 50% effizienter als bei dieser Studie. Durch die Schaffung von mehr kWh sauberer Energie aus demselben Produktionsdefizit wird die Emissionsintensität von Solar PV weiter reduziert.,
Selbst die schlechtesten Schätzungen für Solar-PV ist immer noch 3x besser als die besten Schätzungen für Kohle (beide Situationen wahr ist unwahrscheinlich).
Der Median und die harmonisierten Werte zeichnen ein genaueres Bild der Emissionsintensität der Kraftstoffarten (unter Berücksichtigung statistischer Ausreißer).
Der harmonisierte Wert betrachtete auch einen solaren Bestrahlungswert von 1700kWh / m2, der ungefähr dem Niveau in Alberta und Saskatchewan entspricht.
Die Emissionsintensität ist eine unglaublich wichtige Metrik, die bei der Bewertung der Umweltauswirkungen von Solarenergie berücksichtigt werden muss.,
Es wurden weitere Studien und Metaanalysen durchgeführt, die die Umweltauswirkungen von Sonnenkollektoren im Vergleich zu anderen von NREL gefundenen Brennstoffquellen bestätigen.
Siehe Brookhaven National Laboratory, Environmental Research Centre und energiepolitische Studien für zusätzliche Analysen.
Energie Amortisationszeit von Sonnenkollektoren
Wenn Sonnenkollektoren mehr Energie benötigen, als sie über ihre Lebensdauer produzieren, oder in ähnlicher Weise, wenn die vorgelagerten Auswirkungen der Solarpanelherstellung schlechter sind als die betrieblichen Vorteile, ist die Technologie grundlegend fehlerhaft.,
Menschen schauen oft auf den Return on Investment (ROI) oder Amortisationszeit, um den Wert einer finanziellen Investition zu messen. Wie lange wird es dauern, bis ich mein Geld zurückbekomme?
Eine 25-jährige Amortisationszeit erregt die meisten Menschen nicht, aber eine 3-jährige Amortisationszeit würde die Aufmerksamkeit der meisten Anleger auf sich ziehen.
Dieselbe Frage kann für die Energieerzeugung und die Bewertung der Umweltauswirkungen von Sonnenkollektoren gestellt werden – wie lange wird es dauern, bis das Sonnensystem genug Energie erzeugt, um die Energie auszugleichen, die es zu produzieren brauchte?,
Die Amortisationszeit für Solarstrom hängt von Ihrem Standort ab, da unterschiedliche Wettermuster die Solarerzeugung beeinflussen. Ein in der Sahara installiertes Solarpanel wird viel schneller mehr Energie produzieren und sich amortisieren als das gleiche Panel, das über dem Polarkreis installiert ist.
Erneut liefert NREL einige bemerkenswerte Daten. Diese Daten umfassen die Herstellung des Moduls, des Rahmens und der Balance von Systemkomponenten.,
Multi-kristalline Solar panels haben eine Amortisationszeit von nur 2 Jahren.
Eine weitere positive Einschränkung ist, dass der Wert auf einem angenommenen Solarpanel-Wirkungsgrad von 14% basiert. Heute sind Sonnenkollektoren 40% bis 50% effizienter.
In diesem Sinne ist davon auszugehen, dass Sonnenkollektoren eine ungefähre Amortisationszeit von 1 bis 2 Jahren haben.,
Wenn Ihnen eine Investition mit einer 2-Jahres-Amortisationszeit angeboten würde, würden Sie es nehmen?
Strom Brennstoffquellen Auswirkungen auf die Umwelt
Die ökologischen Vorteile von Solar variieren auch je nachdem, welche Form von Energie verdrängt wird.
Wie die frühere Abbildung zeigt, ist die Erzeugung von Solarenergie anstelle von Kohlekraftwerken weitaus vorteilhafter, als wenn Sie Sonnenkollektoren installieren würden, um hauptsächlich Wasserkraft-oder Windstrom aus dem Netz auszugleichen.,
Es gibt eine Reihe anderer Gründe, Sonnenkollektoren zu installieren, auch wenn Ihr Netz von erneuerbaren Quellen gespeist wird (z. B. Druck auf das Netz zu entlasten und Ihre lebenslangen Stromkosten zu senken), aber diese werden hier nicht detailliert beschrieben.
Provinzen wie Nova Scotia, Saskatchewan und Alberta würden am meisten von Solarenergie profitieren, da Energie in diesen Provinzen hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen stammt.
Quebec profitiert am wenigsten vom Einsatz von Solarenergie, da ihr Netz bereits nahezu emissionsfrei ist.
Schlussfolgerung
Solarenergie ist nicht perfekt, aber insgesamt bietet sie eine positive Netto-Umweltbelastung und finanzielle Auswirkungen.
Ja, große Mengen an Energie werden benötigt, um Solarmodule abzubauen/herzustellen, und ja, Chemikalien werden während des Herstellungsprozesses verwendet., Diese beiden unwiderlegbaren Tatsachen entsprechen jedoch nicht den negativen Auswirkungen von Sonnenkollektoren, wie die Daten nahelegen.
Die Energie, die zur Erzeugung eines Solarpanels benötigt wird, wird in weniger als 2 Jahren zurückgewonnen. Selbst in Anbetracht der Herstellungs-und Verarbeitungsstufe von Solar sind die erzeugten Emissionen 3x bis 25x geringer als die Erzeugung der gleichen Energiemenge aus fossilen Brennstoffen.
Die reduzierten Emissionen durch die Nutzung von Solarenergie im Vergleich zu fossilen Brennstoffen (insbesondere Kohle) machen die Technologie äußerst vorteilhaft.