Pozitivní a negativní dopady solárních panelů na životní prostředí

Jsou solární panely opravdu tak „zelené“? Dopady solárních panelů na životní prostředí jsou hojně diskutovány a komentovány, ale jaké argumenty jsou platné a co je šum sociálních médií?

Klíčové argumenty proti solárním panelům jsou, že jejich těžba, výroba a přeprava vyžaduje více energie a zařízení spalujících fosilní paliva, než kolik ušetří. Dalším argumentem je, že při výrobě se používají toxické chemikálie, které způsobují více škody než užitku.

Solární energie není dokonalá

Na druhou stranu se tvrdí, že solární panely vytvářejí více čisté energie, než kolik jí spotřebují, a špičkové světové společnosti jdou v oblasti používání chemických látek skutečně příkladem.

Zde se budeme zabývat pozitivními a negativními dopady solárních panelů na životní prostředí a tím, jaká budoucnost čeká odvětví solární energie.

Negativní dopady na životní prostředí Solární panely

Začněme tím, co je zřejmé – solární energie není dokonalá. Stejně jako vše v životě existují klady a zápory.

To platí zejména pro taková malá témata, jako je výroba energie pro 7 miliard lidí udržitelným a hospodárným způsobem.

Solární energie není bez nevýhod. Podívejme se na ně zde:

1. Poptávka po energii – Výroba solární energie vyžaduje značné množství energie předem. Těžba, výroba a doprava vyžadují značné množství energie. Křemen se musí zpracovat a vyčistit a poté vyrobit s dalšími součástmi, které mohou pocházet z různých zařízení (hliník, měď atd.), aby se vyrobil jeden solární modul. Zahřívání křemene ve fázi zpracování vyžaduje velmi vysoké teploty. Výroba vyžaduje kombinaci více materiálů s neuvěřitelnou přesností, aby bylo možné vyrobit panely s vysokou účinností. To vše vyžaduje spoustu počáteční energie. Tradiční paliva, jako je plyn nebo cíl, se těží, čistí/zpracovávají a spalují ve velmi velkém měřítku, obvykle na jednom místě.

2. Chemické látky – Při výrobě křemíku pro solární účely se při zpracování polovodičů obvykle používají nebezpečné chemické látky. V závislosti na výrobci solárních panelů a zemi původu mohou, ale nemusí být tyto chemikálie řádně likvidovány. Jako v každém odvětví existují společnosti, které jdou příkladem, a jiné, které se snaží ušetřit peníze. Ne každá společnost se zbavuje chemikálií nebo řádně nerecykluje své vedlejší produkty, ale existují i špatná jablka.

3. Recyklace – Co se stane, když se solární panely rozbijí nebo jsou vyřazeny z provozu? Přestože se recyklace solárních panelů nestala významným problémem zatím, v příštích desetiletích bude, protože solární panely je třeba vyměnit. V současné době lze solární moduly likvidovat společně s ostatním standardním elektronickým odpadem. Země, které nemají robustní prostředky pro likvidaci elektronického odpadu, jsou vystaveny vyššímu riziku problémů souvisejících s recyklací.

To jsou hlavní problémy týkající se životního prostředí v odvětví fotovoltaiky. Obavy jsou jistě důvodem k dalšímu zkoumání, ale podle čísel mohou být neopodstatněné.

Chemikálie, recyklace a likvidace solárních panelů

Recyklace a likvidace solárních panelů je klíčovou oblastí zájmu. Je zde jasný problém, jehož řešení je na obzoru.

Není však tak rozšířený nebo toxický, jak by se mohlo zdát. Křemíkové destičky standardních solárních modulů jsou zapouzdřeny, běžně ethylyvinylacetátem (EVA). Tato vrstva chrání křemíkový plátek. Pokud nejsou moduly správně zlikvidovány a vystaveny působení specifickým zkušebním podmínkám je možné, že některé louhování může dojít k vyluhování. Za normálních provozních podmínek se tyto materiály neuvolňují..

Solární energie je velmi účinná při snižování emisí uhlíku. Stejně jako u všech technologií je třeba se vypořádat s nezamýšleným odpadem nebo vedlejšími produkty.

Zřejmým řešením je recyklace solárních panelů a prodej jejich základních prvků. Teoreticky je to skvělé, ale tato cesta není ekonomická a škálovatelná – zatím.

Cesty vpřed

Velké měřítko recyklace solárních panelů existují, ale nejsou tak rozšířené, jak by bylo třeba.

Toto zpoždění se u nových průmyslových odvětví a technologií očekává. Recyklátoři automobilů se neobjevili den poté, co z linky sjel model T. Sklady lahví nečekaly na příchod lahví. Recyklátory elektronického odpadu se staly běžnými teprve nedávno, desítky let po rozmachu spotřební elektroniky.

Trvá nějakou dobu, než se kolem primárních průmyslových odvětví rozvinou sekundární odvětví.

Alternativním nebo dodatečným řešením, které by napomohlo ekonomice recyklace, je zavedení poplatků pro výrobce solárních panelů, aby se usnadnil proces recyklace, nebo nařídit recyklační program od výrobců.

Zavedení a zdokonalení obou možností si vyžádá určitý čas.

Ekonomika recyklace solárních panelů se bude zlepšovat s tím, jak se bude vyřazovat více solárních panelů. Vyšší objemy v jakémkoli odvětví umožňují, aby ekonomie z rozsahu působila jako kouzlo.

Jednoduchým řešením problému s chemikáliemi používanými v solárních panelech by bylo nalezení alternativních metod výroby modulů. Na tomto řešení se již pracuje, i když je obtížné předvídat časový plán jeho komercializace.

Přestože se při výrobě solárních panelů používají chemické látky, užitečný kontext může poskytnout srovnání s tradičními palivy. Výroba jakékoliv formy energie v masovém měřítku bude vyžadovat určité použití chemikálií v dodavatelském řetězci.

Uhlí se musí po těžbě chemicky čistit a upravovat. Zemní plyn z frakování se musí těžit pomocí chemických směsí. Uhlí i plyn se spalují za účelem výroby elektřiny. Samotná jaderná energie vyžaduje manipulaci s extrémně radioaktivními materiály.

Žádný zdroj paliva není dokonalý, každý má své ekologické výhody a nevýhody.

Některé jsou však lepší než jiné.

Vliv výroby solárních panelů na životní prostředí

Jak se vyrábějí solární panely a jaké jsou dopady tohoto procesu na životní prostředí?

Solární panely mají několik součástí: rám, články, zadní desku, ochrannou fólii, vodiče a kryt z tvrzeného skla. Rám je hliníkový, články jsou křemíkové, vodiče jsou měděné a zadní vrstva & fólie jsou obvykle z materiálu na bázi polymeru nebo plastu.

‍

Součásti solárního panelu

Pro výrobu solárních panelů je třeba vytěžit surovinu, převážně křemen, který se zpracovává na křemík. Klíčovými materiály, které se na výrobě podílejí, jsou také hliník a měď nebo stříbro, které se musí těžit nebo získávat z recyklovaných zdrojů, ale většinou se těží kvůli většímu rozšíření fotovoltaického průmyslu v posledních 10 letech.

Po vytěžení surovin se křemen zpracovává na křemík určený pro elektroniku. Tento proces zahrnuje zahřívání křemene v peci při vysoké teplotě a jeho reakci s různými chemickými látkami.

Další výrobní procesy jsou nutné pro tvarování vytlačovaného hliníkového rámu a válcování tvrzeného skla. Výroba čehokoli obecně vyžaduje obrovské množství energie.

Proces výroby solárních panelů

Výroba solárních panelů vyžaduje velké množství energie, ale celkové emise jsou značně předimenzované. Po instalaci solárních panelů vyrábějí bezemisní energii po dobu více než 25 let.

Výrobní proces je irelevantní bez kontextu celoživotně vyrobené energie, stejně jako toho, jak se k ní staví ostatní zdroje paliv.

Tento kontext poskytnou odpovědi na dvě klíčové otázky:

1. Vyváží čistá energie získaná ze solárních panelů negativní dopady během procesu těžby a výroby?

2. Jaká je emisní náročnost solární energie ve srovnání s tradičními zdroji paliv pro výrobu elektřiny, jako je uhlí?

Intenzita emisí uhlíku u solárních panelů a jiných paliv

Emisní intenzita je hodnota celoživotních (celkových) emisí uhlíku vztažená na jednotku energie. Uvádí se v gramech ekvivalentu oxidu uhličitého na kilowatthodinu (gC02e/kWh) nebo v ekvivalentní hodnotě, v tunách ekvivalentu oxidu uhličitého na megawatthodinu (tC02/MWh).

Čím nižší je emisní intenzita, tím lepší je dopad na životní prostředí, protože k výrobě stejného množství energie se vypustí méně CO2.

Emise uhlíku ze solární energie za celou dobu životnosti

Aby bylo možné vytvořit jasný obrázek o uhlíkové stopě solární energie, byly v posledních několika desetiletích provedeny stovky studií hodnocení životního cyklu solární energie.

Tato hodnocení zahrnovala předcházející, provozní a následné fáze výroby energie z různých palivových zdrojů, jako je fotovoltaika, solární tepelná energie, větrná energie, jaderná energie, zemní plyn a uhlí.

V roce 2014 vydalo americké ministerstvo energetiky tzv. National Renewable Energy Laboratory (NREL) prověřila 400 těchto studií s ohledem na nesrovnalosti, odlehlé hodnoty a další proměnlivé faktory, které přispívají k údajům. Údaje byly poté harmonizovány pomocí diskrétního souboru předpokladů pro účely srovnání.

Výsledky ukázaly, že solární panely potřebují přibližně 60 až 70 % energie na začátku, přibližně 25 % během provozu a přibližně 5 až 20 % po skončení své produktivní životnosti.

Naproti tomu uhlí vyprodukovalo ~98 % svých emisí během procesu provozu (těžba, doprava, spalování atd.) a pouze 1 % během předcházejících a následujících procesů.

Solární panely jsou dnes téměř o 50 % účinnější než v době vzniku této studie

Jak se dalo očekávat, metody výroby energie založené na fosilních palivech produkují na kWh více CO2 než obnovitelné zdroje.

Co se však nedalo očekávat, je to, jak velký rozdíl mezi jednotlivými druhy paliv je.

Uhlí produkuje 25x více oxidu uhličitého než solární energie. při výrobě stejného množství energie.

Rozptyl intenzity emisí

Ve prospěch obnovitelných zdrojů energie je třeba uvést jednu výhradu: křemíkové solární panely v harmonizaci NREL měly účinnost 13,2 % až 14,0 %.

To bylo přesné v letech před rokem 2014, ale dnes polykrystalické solární moduly pravidelně dosahují účinnosti >19,5 %.

Dnešní solární panely jsou téměř o 50 % účinnější než v době vzniku této studie. Vytvoří se tak více kWh čisté energie při stejném výrobním deficitu, což dále sníží emisní náročnost fotovoltaických panelů.

Dokonce i nejhorší odhady pro fotovoltaiku jsou stále 3x lepší než odhady pro nejlepší odhady pro uhlí (obě situace jsou nepravděpodobné).

Medián a harmonizované hodnoty podávají přesnější obraz o intenzitě emisí jednotlivých druhů paliv (s přihlédnutím ke statistickým odlehlým hodnotám).

Harmonizovaná hodnota rovněž zohledňuje hodnotu slunečního záření 1700 kWh/m2 , která přibližně odpovídá hodnotám pozorovaným v Albertě a Saskatchewanu.

Intenzita emisí je nesmírně důležitým ukazatelem, který je třeba brát v úvahu při hodnocení dopadů solární energie na životní prostředí.

Byly provedeny další studie a metaanalýzy, které potvrzují dopady solárních panelů na životní prostředí ve srovnání s jinými zdroji paliv, které zjistila NREL.

Viz . Brookhavenská národní laboratoř PV Centrum pro výzkum životního prostředí a Energetická politika studie pro další analýzu.

Doba návratnosti energie u solárních panelů

Pokud se na výrobu solárních panelů spotřebuje více energie, než se vyrobí za celou dobu jejich životnosti, nebo podobně, pokud jsou účinky výroby solárních panelů v předchozích fázích výroby horší než provozní přínosy, je tato technologie od základu chybná.

Lidé se často dívají na návratnost investice (ROI) nebo dobu návratnosti, aby posoudili hodnotu finanční investice. Za jak dlouho dostanu své peníze zpět?

Doba návratnosti 25 let většinu lidí nenadchne, ale tříletá doba návratnosti by většinu investorů zaujala.

Stejnou otázku lze formulovat i pro výrobu energie a hodnocení dopadu solárních panelů na životní prostředí – za jak dlouho solární systém vyrobí tolik energie, aby se vyrovnala energie, která byla potřeba na jeho výrobu?

Doba návratnosti energie ze solárního systému závisí na vaší lokalitě, protože výrobu energie ze slunce ovlivňují různé povětrnostní podmínky. Solární panel instalovaný na Sahaře vyrobí více energie a jeho návratnost bude mnohem rychlejší než návratnost stejného panelu instalovaného za polárním kruhem.

NREL opět uvádí některé pozoruhodné údaje. Tyto údaje zahrnují výrobu modulu, rámu a vyvážení systémových komponent.

‍

‍

Multi-krystalické solární panely mají energetickou návratnost pouhé 2 roky.

Další příznivou poznámkou je, že hodnota vychází z předpokládané účinnosti solárních panelů 14 %. V současnosti jsou solární panely o 40 až 50 % účinnější.

S ohledem na tuto skutečnost lze předpokládat, že solární panely mají přibližně doba návratnosti energie 1 až 2 roky..

Kdyby vám byla nabídnuta investice s dvouletou dobou návratnosti, vzali byste ji?

Závěr

Solární energie není dokonalá, ale celkově má pozitivní čistý dopad na životní prostředí a finanční dopad.

Ano, k těžbě/výrobě solárních panelů je zapotřebí obrovské množství energie a ano, při výrobě se používají chemikálie. Tyto dvě nezvratné skutečnosti však neznamenají, že solární panely mají čistý negativní dopad, jak naznačují údaje.

Energie potřebná k výrobě solárního panelu se vrátí za méně než 2 roky. I když vezmeme v úvahu fázi výroby a zpracování solárních panelů, jsou vyprodukované emise 3x až 25x nižší než při výrobě stejného množství energie z fosilních paliv.

Snížení emisí při využívání solární energie oproti jakémukoli fosilnímu palivu (zejména uhlí) činí tuto technologii mimořádně výhodnou.