I pannelli solari sono davvero così “verdi”? Gli impatti ambientali dei pannelli solari sono ampiamente discussi e commentati, ma quali argomenti sono validi e qual è il rumore dei social media?
Gli argomenti chiave contro i pannelli solari sono che richiedono più energia e attrezzature per la combustione di combustibili fossili per estrarre, produrre e trasportare di quanto risparmino., Un altro argomento è che nel processo di fabbricazione vengono utilizzate sostanze chimiche tossiche che fanno più male che bene.
L’energia solare non è perfetta
Dall’altro lato, si sostiene che i pannelli solari creano più energia pulita di quella che prendono per creare e le migliori aziende globali sono veramente leader per quanto riguarda l’uso chimico.
Qui esamineremo gli impatti ambientali positivi e negativi dei pannelli solari e ciò che il futuro ha in serbo per l’industria dell’energia solare.,
Impatti ambientali negativi Pannelli solari
Iniziamo affermando l’ovvio: l’energia solare non è perfetta. Come tutto nella vita, ci sono lati positivi e negativi.
Questo è particolarmente vero per piccoli argomenti come la generazione di energia per 7 miliardi di persone in modo sostenibile ed economico.
L’energia solare non è senza i suoi lati negativi. Esaminiamoli qui:
1. Domanda di energia-Solare richiede una notevole quantità di energia in anticipo per produrre. Mining, produzione e trasporto tutti richiedono notevoli quantità di energia., Il quarzo deve essere lavorato, pulito e quindi fabbricato con altri componenti che possono provenire da diverse strutture(alluminio, rame ecc..) per produrre un singolo modulo solare. Il riscaldamento del quarzo durante la fase di lavorazione richiede un calore molto elevato. La produzione richiede la combinazione di più materiali con un’incredibile precisione per produrre pannelli ad alta efficienza. Tutto questo richiede un sacco di energia up-front. Con combustibili tradizionali come gas o goal, vengono estratti,puliti/lavorati e bruciati a scale molto grandi, in genere in un’unica posizione.
2., Prodotti chimici-Per produrre silicio di grado solare, l’elaborazione dei semiconduttori comporta in genere sostanze chimiche pericolose. A seconda del produttore del pannello solare e del paese di origine, queste sostanze chimiche possono o non possono essere smaltite correttamente. Come ogni settore, ci sono aziende che portano l’esempio, e altri che tagliano gli angoli per risparmiare denaro. Non tutte le aziende scaricheranno prodotti chimici o non ricicleranno correttamente i loro sottoprodotti, ma ci sono mele marce là fuori.
3. Riciclaggio – Cosa succede quando i pannelli solari si rompono o vengono dismessi?, Anche se il riciclaggio dei pannelli solari non è ancora diventato un problema importante, nei prossimi decenni i pannelli solari dovranno essere sostituiti. Attualmente, i moduli solari possono essere smaltiti con altri rifiuti elettronici standard. I paesi che non dispongono di solidi mezzi per lo smaltimento dei rifiuti elettronici sono a maggior rischio di problemi legati al riciclaggio.
Queste sono le principali preoccupazioni ambientali che circondano l’industria fotovoltaica. La paura è certamente motivo di ulteriori indagini, ma può essere infondata secondo i numeri.,
Prodotti chimici, riciclaggio e smaltimento dei pannelli solari
Il riciclaggio e lo smaltimento dei pannelli solari è un settore chiave di preoccupazione. C’è un chiaro problema con le soluzioni all’orizzonte.
Questo non è così diffuso o tossico come potrebbe sembrare però. I wafer di silicio dei moduli solari standard sono incapsulati, comunemente dall’acetato di vinile etilico (EVA). Questo strato protegge il wafer di silicio. Se i moduli non vengono smaltiti correttamente ed esposti a condizioni di prova specifiche è possibile che si verifichi una lisciviazione. In condizioni operative normali questi materiali non verranno rilasciati.,
L’energia solare è molto efficace nella mitigazione del carbonio. Come per tutte le tecnologie, i rifiuti o sottoprodotti non intenzionali sono qualcosa che deve essere affrontato.
Una risposta ovvia è quella di riciclare i pannelli solari e vendere i loro elementi di base. Grande in teoria, ma questo percorso non è economico, scalabile – ancora.
Percorsi in avanti
Esistono impianti di riciclaggio di pannelli solari su larga scala, ma non sono così diffusi come devono essere.
Questo ritardo è previsto con nuove industrie e tecnologie. I riciclatori automatici non sono comparsi il giorno dopo che il Modello T è uscito dalla linea., I depositi di bottiglie non aspettavano l’avvento delle bottiglie. I riciclatori di rifiuti elettronici sono diventati di recente un luogo comune, decenni dopo l’esplosione dell’elettronica di consumo.
Ci vuole tempo perché le industrie secondarie si sviluppino attorno alle industrie primarie.
Una soluzione alternativa o aggiuntiva per aiutare l’economia del riciclaggio è quella di mettere una tassa sui produttori di pannelli solari per facilitare il processo di riciclaggio o incaricare un programma di riciclaggio essere implementato dai produttori.
Entrambe le opzioni richiederanno tempo per essere implementate e perfezionate.,
L’economia del riciclaggio dei pannelli solari sarà migliorata in quanto più pannelli solari vengono dismessi. Volumi più elevati in qualsiasi settore consentono l’economia di scala a lavorare la loro magia.
Una soluzione semplice alle sostanze chimiche utilizzate nei pannelli solari sarebbe quella di trovare metodi alternativi per la produzione di moduli. Questa soluzione è già in corso, anche se la sua tempistica per la commercializzazione è difficile da prevedere.
Sebbene i prodotti chimici siano utilizzati nella produzione di pannelli solari, il confronto con i combustibili tradizionali può fornire un contesto utile., La generazione di qualsiasi forma di energia su scala di massa richiederà un certo uso di sostanze chimiche nella catena di approvvigionamento.
Il carbone deve essere pulito chimicamente e trattato dopo l’estrazione. Il gas naturale fracked deve essere estratto usando miscele chimiche. Sia il carbone che il gas vengono bruciati per creare elettricità. L’energia nucleare stessa richiede la manipolazione di materiali estremamente radioattivi.
Nessuna fonte di carburante è perfetta, ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi ambientali.
Ma alcuni sono migliori di altri.,
Impatto ambientale della produzione di pannelli solari
Come vengono realizzati i pannelli solari e quali sono gli impatti ambientali di tale processo?
I pannelli solari hanno pochi componenti: un telaio, celle, backsheet, pellicola protettiva, conduttori e una copertura in vetro temperato. Il telaio è in alluminio, le celle sono in silicio, i conduttori sono in rame e il backsheet & film sono tipicamente un polimero o materiale a base di plastica.,
Per rendere i pannelli solari, la materia prima deve essere estratto, questo è prevalentemente di Quarzo che viene trasformato in silicio. Alluminio e rame o argento sono anche materiali chiave coinvolti che devono essere estratti, o ottenuti da fonti riciclate, ma soprattutto sono estratti a causa della maggiore espansione del settore fotovoltaico negli ultimi 10 anni.,
Dopo l’estrazione di materie prime, il quarzo viene trasformato in silicio di grado elettronico. Questo processo comporta il riscaldamento del quarzo in un forno ad alta temperatura e la reazione con varie sostanze chimiche.
Altri processi di produzione sono necessari per formare il telaio in alluminio estruso e rotolare il vetro temperato. La produzione di qualsiasi cosa richiede generalmente grandi quantità di energia.,
pannelli Solari prendere un sacco di energia per creare, ma le emissioni totali sono fortemente a caricamento frontale. Dopo l’installazione dei pannelli solari, producono energia senza emissioni per oltre 25 anni.
Il processo di produzione è irrilevante senza il contesto dell’energia generata durante la vita e il modo in cui altre fonti di combustibile si accumulano.
Le risposte a due domande chiave forniranno questo contesto:
1., L’energia pulita generata dai pannelli solari compensa gli impatti negativi durante il processo di estrazione e produzione?
2. In che modo l’intensità delle emissioni dell’energia solare si confronta con le tradizionali fonti di energia elettrica come il carbone?
Intensità delle emissioni di carbonio dei pannelli solari e di altri combustibili
L’intensità delle emissioni è la durata (totale) delle emissioni di carbonio valutate per unità di energia. Ciò è dimostrato da grammi di anidride carbonica equivalente per kilowattora (gC02e/kWh) o da un valore equivalente, tonnellate di anidride carbonica equivalente per megawattora (tC02/MWh).,
Minore è l’intensità di emissione, migliore è l’impatto ambientale, poiché meno CO2 viene emessa per generare la stessa quantità di energia.
Emissioni di carbonio a vita dal solare
Per tracciare un quadro chiaro dell’impronta di carbonio di solar, negli ultimi due decenni sono stati condotti centinaia di studi di valutazione del ciclo di vita sul profilo di emissione dell’energia solare.
Queste valutazioni includevano fasi a monte, operative e a valle della generazione di energia da varie fonti di combustibile come il solare fotovoltaico, il solare termico, l’eolico, il nucleare, il gas naturale e il carbone.
Nel 2014, gli Stati Uniti., Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’Energia ha esaminato 400 di questi studi che rappresentano discrepanze, valori anomali e altri fattori variabili che contribuiscono ai dati. I dati sono stati quindi armonizzati utilizzando un insieme discreto di ipotesi a fini di confronto.
I risultati hanno mostrato che i pannelli solari richiedono circa il 60% al 70% della loro energia in anticipo, circa il 25% durante il funzionamento e circa il 5% al 20% dopo la loro vita produttiva.,
Il carbone ha invece generato circa il 98% delle sue emissioni durante il processo operativo (estrazione, trasporto, combustione, ecc.) e solo l ‘ 1% durante i processi a monte e a valle.
I pannelli solari oggi sono quasi il 50% più efficienti di quando si è verificato questo studio
Poiché ci si potrebbe aspettare che i metodi di generazione di energia basati su combustibili fossili producano più CO2 delle fonti rinnovabili per kWh.
Quello che non ci si poteva aspettare è quanto grande sia il divario tra i tipi di carburante.,
L’intensità di emissione del ciclo di vita del solare fotovoltaico è di circa 40 gC02 / kWh.
L’intensità di emissione del ciclo di vita del carbone è di circa 1.000 gC02/kWh.
Il carbone produce 25 volte più anidride carbonica dell’energia solare per produrre la stessa quantità di energia.,
Varianza dell’intensità delle emissioni
Un avvertimento da notare a favore delle energie rinnovabili è che i pannelli solari al silicio nell’armonizzazione di NREL erano efficienti dal 13,2% al 14,0%.
Questo è stato l’esatto negli anni precedenti al 2014, ma oggi i moduli solari policristallini raggiungono regolarmente efficienze di > del 19,5%.
I pannelli solari oggi sono quasi il 50% più efficienti rispetto a quando si è verificato questo studio. Creazione di più kWh di energia pulita dallo stesso deficit di produzione che ridurrà ulteriormente l’intensità delle emissioni del fotovoltaico solare.,
Anche le stime peggiori per il solare fotovoltaico sono ancora 3 volte migliori delle migliori stime per il carbone (entrambe le situazioni sono vere è improbabile).
I valori mediani e armonizzati dipingono un quadro più accurato dell’intensità di emissione dei tipi di carburante (tenendo conto dei valori anomali statistici).
Il valore armonizzato ha anche considerato un valore di irraggiamento solare di 1700kWh/m2 che è approssimativamente uguale ai livelli osservati in Alberta e Saskatchewan.
L’intensità di emissione è una metrica incredibilmente importante che deve essere considerata quando si valutano gli impatti ambientali dell’energia solare.,
Sono stati condotti altri studi e meta-analisi che confermano l’impatto ambientale dei pannelli solari rispetto ad altre fonti di combustibile trovate da NREL.
Vedi Brookhaven National Laboratory PV Environmental Research Centre, and Energy Policy studies for additional analysis.
Tempo di recupero energetico dei pannelli solari
Se i pannelli solari impiegano più energia per creare di quella che produrranno nel corso della loro vita, o allo stesso modo, se gli effetti a monte della produzione di pannelli solari sono peggiori dei benefici operativi, la tecnologia è fondamentalmente viziata.,
Le persone spesso guardano al ritorno sull’investimento (ROI) o al periodo di ammortamento per valutare il valore di un investimento finanziario. Quanto ci vorra ‘finche’ non riavro ‘ i miei soldi?
Un periodo di ammortamento di 25 anni non entusiasma la maggior parte delle persone, ma un periodo di ammortamento di 3 anni avrebbe l’attenzione della maggior parte degli investitori.
Questa stessa domanda può essere inquadrata per la generazione di energia e la valutazione dell’impatto ambientale dei pannelli solari – quanto tempo ci vorrà fino a quando il sistema di energia solare genera energia sufficiente per compensare l’energia necessaria per produrre?,
Il periodo di ammortamento energetico per l’energia solare dipende dalla tua posizione in quanto diversi modelli meteorologici influenzano la generazione solare. Un pannello solare installato nel deserto del Sahara produrrà più energia e ritorno molto più veloce rispetto allo stesso pannello installato sopra il circolo polare artico.
Ancora una volta, NREL fornisce alcuni dati degni di nota. Questi dati includono la produzione del modulo, del telaio e del bilanciamento dei componenti del sistema.,
Multi-cristallino, pannelli solari hanno un’energia periodo di ammortamento di appena 2 anni.
Un altro avvertimento favorevole da notare è che il valore si basa su un’efficienza del pannello solare presunta del 14%. Oggi i pannelli solari sono dal 40% al 50% più efficienti.
Con questo in mente, è ragionevole supporre che i pannelli solari abbiano un periodo di recupero energetico approssimativo da 1 a 2 anni.,
Se ti venisse offerto un investimento con un periodo di ammortamento di 2 anni, lo prenderesti?
Energia elettrica Fonti di combustibile Impatto ambientale
I benefici ambientali del solare variano anche a seconda della forma di energia spostata.
Come suggerisce la figura precedente, la generazione di energia solare invece di utilizzare l’elettricità della rete a carbone sarà molto più vantaggiosa rispetto all’installazione di pannelli solari per compensare principalmente l’elettricità idroelettrica o eolica dalla rete.,
Ci sono una serie di altri motivi per installare pannelli solari anche se la rete è alimentata da fonti rinnovabili (come alleviare la pressione sulla rete e abbassare il costo della vita della proprietà dell’elettricità), ma quelli non saranno dettagliati qui.
Province come Nova Scotia, Saskatchewan e Alberta trarrebbero il massimo beneficio dall’energia solare poiché l’energia in queste province proviene principalmente da combustibili fossili.
Quebec sta per ottenere il minimo dalla distribuzione di energia solare come la loro rete è già quasi privo di emissioni.
Conclusione
L’energia solare non è perfetta, ma nel complesso fornisce un impatto ambientale netto positivo e un impatto finanziario.
Sì, grandi quantità di energia sono necessarie per estrarre / produrre pannelli solari e sì, i prodotti chimici vengono utilizzati durante il processo di produzione., Questi due fatti inconfutabili non equivalgono ai pannelli solari che hanno un impatto negativo netto, come suggeriscono i dati.
L’energia necessaria per creare un pannello solare sarà recuperata in meno di 2 anni. Anche considerando la fase di produzione e lavorazione del solare, le emissioni generate sono da 3x a 25x in meno rispetto alla generazione della stessa quantità di energia dai combustibili fossili.
Le emissioni ridotte derivanti dall’utilizzo di solarenergy rispetto a qualsiasi combustibile fossile (in particolare carbone) rendono la tecnologia estremamente vantaggiosa.