Jaké jsou nevýhody solárních panelů?

Solární energie je aktivně se rozvíjejícím směrem v zásobování energií soukromých a veřejných budov. Jaké jsou výhody a nevýhody takového přírodního zdroje energie, jakým je sluneční záření?

Výhody solární energie

Hovoříme-li o solární energii, v první řadě je nutné zmínit, že se jedná o obnovitelný zdroj energie, na rozdíl od fosilních paliv – uhlí, ropa, plyn, která obnovitelná nejsou. Podle NASA se zhruba 6.5 ​​miliardy let nemají obyvatelé Země čeho bát – přibližně jak dlouho bude Slunce svými paprsky ohřívat naši planetu, dokud nevybuchne.

Potenciál sluneční energie je obrovský – povrch Země je ozářen 120 tisíci terawatty slunečního záření, což je 20 tisíckrát více, než je jeho celosvětová potřeba.

Sluneční energie je navíc nevyčerpatelná a stálá – nelze ji přečerpat v procesu uspokojování energetických potřeb lidstva, takže jí bude dostatek pro budoucí generace.

Kromě dalších výhod sluneční energie je dostupná v každé části světa – nejen v rovníkové zóně Země, ale i v severních zeměpisných šířkách. Řekněme, že Německo je aktuálně na prvním místě na světě ve využívání solární energie a má svůj maximální potenciál.

5. Čistota prostředí

Ve světle nejnovějších trendů v boji za čistotu životního prostředí Země je solární energetika nejperspektivnějším odvětvím, které částečně nahrazuje energii získanou z neobnovitelných zdrojů paliv, a je tak zásadním krokem k ochraně klimatu před globální oteplování. Výrobu, přepravu, instalaci a používání solárních elektráren prakticky neprovázejí škodlivé emise do atmosféry. I když jsou přítomny v malém množství, ve srovnání s tradičními zdroji energie je to téměř nulový dopad na životní prostředí.

Vzhledem k tomu, že v systémech solárních zdrojů nejsou žádné pohyblivé součásti, jako jsou generátory, výroba elektřiny probíhá tiše.

7. Ekonomické, nízké provozní náklady

Přechodem na solární panely jako autonomní zdroj energie získávají majitelé domů značné úspory. Je také důležité, aby se údržba solárních systémů vyznačovala nízkými náklady – solární články je nutné čistit pouze několikrát ročně a záruka výrobce na ně je obvykle 20-25 let.

8. Široká škála aplikací

Solární energie má široké uplatnění – od výroby elektřiny v regionech, kde není napojení na centralizovaný systém zásobování energií, po odsolování vody v Africe a dokonce i napájení satelitů na nízké oběžné dráze kolem Země. Ne nadarmo se solární energii v poslední době říká „lidová energie“ – tento název odráží jednoduchost její integrace do systému domácího napájení, a to jak v případě fotovoltaických, tak tepelných prvků.

9. Inovativní technologie

Technologie výroby solárních panelů jsou každým rokem stále pokročilejší – tenkovrstvé moduly se zavádějí přímo do stavebních materiálů ve fázi výstavby. Japonský koncern Sharp, lídr ve výrobě solárních panelů, nedávno představil inovativní systém průhledných úložných prvků pro zasklení oken. Moderní pokroky v oblasti nanotechnologií a kvantové fyziky naznačují možné zvýšení výkonu solárních panelů až 3krát.

Nevýhody solárních zdrojů energie

1. Vysoké náklady

Existuje názor, že solární energie je drahý zdroj – to je možná nejkontroverznější otázka ze všech pozitivních a negativních aspektů jejího využití. Vzhledem k tomu, že vybavení domu solárními akumulačními prvky stojí v počáteční fázi nemalé částky, řada států (ale zatím ne Rusko) podporuje využívání tohoto ekologického zdroje energie poskytováním úvěrů a sepisováním leasingových smluv.

Vzhledem k tomu, že v noci, stejně jako v zatažených a deštivých dnech, není sluneční světlo, nemůže solární energie sloužit jako hlavní zdroj elektřiny. Ale ve srovnání s větrnými generátory je to stále stabilnější možnost.

3. Vysoké náklady na skladování energie

Nabíjecí baterie, které umožňují ukládat energii a do určité míry vyrovnávat nestabilitu dodávky solární energie, se vyznačují vysokou cenou, která není dostupná pro každého majitele domu. Situaci zjednodušuje skutečnost, že ke špičce spotřeby elektřiny dochází během denního světla.

4. Malé znečištění životního prostředí

Přestože je solární energie ve srovnání s výrobou a zpracováním jiných druhů energetických zdrojů nejekologičtější, jsou některé technologické procesy výroby solárních panelů doprovázeny uvolňováním skleníkových plynů, fluoridu dusitého a fluoridu sírového.

5. Použití drahých a vzácných součástek

Výroba tenkovrstvých solárních panelů vyžaduje zavedení teluridu kadmia (CdTe) nebo měď-indium-gallium selenidu (CIGS), které jsou vzácné a drahé – to s sebou nese zvýšení nákladů na alternativní systém zásobování energií jako celek.

6. Nízká hustota výkonu

Jedním z důležitých parametrů zdroje elektřiny je průměrná hustota výkonu, měřená ve W/m2 a charakterizující množství energie, kterou lze získat z jednotky plochy nosiče energie. Toto číslo pro sluneční záření je 170 W/m2 – to je více než u jiných obnovitelných přírodních zdrojů, ale nižší než u ropy, plynu, uhlí a jaderné energie. Z tohoto důvodu vyžaduje výroba 1 kW elektřiny ze solárního tepla značnou plochu solárních panelů.

Solární panely jsou výjimečně „zeleným“ zdrojem energie, co myslíte? Existují dobré a špatné účinky sluneční energie na životní prostředí? Jsou solární panely opravdu tak zelené? Dopad solárních panelů na životní prostředí je široce diskutován a komentován, ale které argumenty jsou pravdivé a které jsou jen hlukem sociálních sítí?

Hlavní argumenty proti solárním panelům jsou, že vyžadují více energie a zařízení na spalování fosilních paliv pro těžbu, výrobu a přepravu, než ušetří.

Dalším argumentem je, že výrobní proces používá toxické chemikálie, které napáchají více škody než užitku. Ano, solární energie není dokonalá.

Na druhé straně se tvrdí, že solární panely vytvářejí více čisté energie, než je k jejich výrobě potřeba, a přední světové společnosti skutečně jdou příkladem, pokud jde o správné používání chemikálií. Zde se podíváme na pozitivní a negativní dopady solárních panelů na životní prostředí a také na budoucnost solární energie.

Negativní dopad solárních panelů na životní prostředí

Začněme tím, co je zřejmé: solární energie není dokonalá. Jako všechno v životě má své klady a zápory. To platí zejména při diskusi o tématech, jako je výroba energie pro 7 miliard lidí udržitelným a nákladově efektivním způsobem.

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

1. Potřeba energie. Solární energie vyžaduje k výrobě značné množství energie. Těžba, výroba a doprava vyžadují značné množství energie. Křemen musí být zpracován, zušlechtěn a poté vyroben spolu s dalšími součástmi, které mohou pocházet z různých zařízení (hliník, měď atd.), aby se vyrobil jediný solární modul. K zahřátí křemene během fáze zpracování je zapotřebí velmi velké množství tepla. Výroba vyžaduje kombinaci více materiálů s neuvěřitelnou přesností pro výrobu vysoce výkonných panelů. To vše vyžaduje hodně energie. Tradiční paliva, jako je plyn nebo uhlí, se těží, rafinují/zpracovávají a spalují ve velmi velkém měřítku, obvykle na jednom místě.
2. Chemické substance. K výrobě křemíku solární kvality se při zpracování polovodičů obvykle používají nebezpečné chemikálie. V závislosti na výrobci solárních panelů a zemi původu mohou nebo nemusí být tyto chemikálie recyklovány. Jako v každém odvětví jsou firmy, které jdou příkladem, a jiné, které se snaží ušetřit. Ne každá společnost vyhazuje chemikálie nebo nerecykluje správně své vedlejší produkty, ale existuje několik špatných příkladů.
3. Recyklace – Co se stane, když se solární panely porouchají nebo jsou vyřazeny z provozu? Přestože se recyklace solárních panelů ještě nestala velkým problémem, stane se jím v nadcházejících desetiletích, protože solární panely je třeba vyměnit. V současné době lze solární moduly likvidovat spolu s dalším standardním elektronickým odpadem. Země, které nemají spolehlivá zařízení na likvidaci elektronického odpadu, jsou vystaveny vyššímu riziku problémů s recyklací. Toto jsou hlavní ekologické problémy spojené s fotovoltaickým průmyslem. Obavy jsou jistě důvodem k dalšímu vyšetřování, ale na základě čísel mohou být neopodstatněné.

Chemikálie, recyklace a likvidace solárních panelů

Recyklace a likvidace solárních panelů je jedním z hlavních problémů. Je zde jasný problém s rozhodováním do budoucna. Není to tak rozšířené, ani toxické, jak by se mohlo zdát. Křemíkové plátky standardních solárních modulů jsou zapouzdřeny, obvykle ethylvinylacetátem (EVA). Tato vrstva chrání křemíkový plátek. Pokud moduly nejsou správně zlikvidovány a podrobeny určitým testovacím podmínkám, může dojít k určitému vyluhování. Za normálních provozních podmínek se tyto materiály neuvolňují. Solární energie je velmi účinná při snižování emisí uhlíku. Stejně jako u všech technologií existují nezamýšlené odpady nebo vedlejší produkty, se kterými je třeba se vypořádat. Zřejmá odpověď je recyklovat solární panely a prodávat je jako základní články. To je teoreticky skvělé, ale tato cesta zatím není nákladově efektivní ani škálovatelná.

Cesty vpřed

Velké závody na recyklaci solárních panelů existují, ale nejsou tak běžné, jak bychom si přáli. Toto zpoždění se vždy očekává u nových průmyslových odvětví a technologií.

Autorecyclers se neobjevily den poté, co Model T sjel z montážní linky. Sklady lahví nečekaly, až se lahve objeví. Recyklátory elektronického odpadu se staly samozřejmostí teprve nedávno, desítky let po explozi spotřební elektroniky. Sekundární průmyslová odvětví potřebují čas na rozvoj kolem hlavních průmyslových odvětví. Alternativním nebo doplňkovým řešením, které pomůže ušetřit náklady na recyklaci, je účtovat výrobcům solárních panelů, aby se jim usnadnila recyklace, nebo požadovat po výrobcích, aby zavedli recyklační program. Obě možnosti zaberou čas, než se implementují a zdokonalí. Ekonomika recyklace solárních panelů se zlepší, až bude více solárních panelů vyřazeno. Vyšší objemy v jakémkoli odvětví umožňují vznik úspor z rozsahu a jejich kouzlo. Jednoduchým řešením problému chemikálií používaných v solárních článcích by bylo najít alternativní způsoby výroby modulů. Toto řešení již probíhá, i když načasování jeho komercializace je těžko předvídatelné. Přestože se při výrobě solárních panelů používají chemikálie, srovnání s tradičními palivy může poskytnout užitečný kontext. Výroba jakékoli formy energie v masovém měřítku bude vyžadovat určité použití chemikálií v dodavatelském řetězci. Po těžbě je třeba uhlí chemicky vyčistit a zpracovat. Při těžbě frakcionovaného zemního plynu se používají chemické směsi. Na výrobu elektřiny se spaluje uhlí i plyn. Samotná jaderná energie vyžaduje obohacení extrémně radioaktivními materiály. Neexistuje dokonalý zdroj paliva a každý má své vlastní ekologické výhody a nevýhody. Ale některé mohou být lepší než jiné.

Vliv výroby solárních panelů na životní prostředí

Jak se vyrábějí solární panely a jaký je dopad procesu na životní prostředí?

Solární panely se skládají z několika součástí: rámu, článků, zadní fólie, ochranné fólie, vodičů a krytu z tvrzeného skla. Rám je vyroben z hliníku, prvky jsou vyrobeny z křemíku, vodiče jsou vyrobeny z mědi a spodní vrstva a fólie jsou obvykle vyrobeny z materiálu na bázi polymeru nebo plastu.

Pro výrobu solárních panelů se musí těžit suroviny, jde především o křemen, který se zpracovává na křemík. Hliník, měď nebo stříbro jsou také klíčové materiály, které je třeba těžit nebo získávat z recyklovaných zdrojů, ale těží se hlavně kvůli zvýšené expanzi fotovoltaického průmyslu za posledních 10 let. Po vytěžení surovin se křemen zpracovává na křemík „elektronické“ kvality. Tento proces zahrnuje zahřívání křemene ve vysokoteplotní peci a jeho reakci s různými chemikáliemi. Formování extrudovaného hliníkového rámu a válcování tvrzeného skla vyžaduje jiné výrobní procesy. K výrobě čehokoli je obvykle potřeba obrovské množství energie.

Solární panely vyžadují k vytvoření mnoho energie a celkové emise jsou značné, ale jakmile jsou solární panely instalovány, produkují energii bez emisí po dobu více než 25 let.

Výrobní proces postrádá smysl bez kontextu energie vyrobené během životnosti a toho, jak se ostatní zdroje paliva hromadí.

Tento kontext poskytnou odpovědi na dvě klíčové otázky:

1. Vyrovnává čistá energie produkovaná solárními panely negativní dopady při těžbě a výrobě?
2. Jaká je intenzita emisí solární energie ve srovnání s tradičními zdroji elektrické energie, jako je uhlí?

Intenzita emisí uhlíku ze solárních panelů a dalších paliv

Emisní náročnost představuje celkové emise uhlíku za dobu životnosti vypočítané na jednotku energie. To je vyjádřeno v gramech ekvivalentu oxidu uhličitého na kilowatthodinu (gC02e/kWh) nebo ekvivalentní hodnota v tunách ekvivalentu oxidu uhličitého na megawatthodinu (tC02/MWh). Čím nižší je intenzita emisí, tím lepší je dopad na životní prostředí, protože při výrobě stejného množství energie se vypouští méně CO2. Emise uhlíku ze sluneční energie během životního cyklu Abychom si vytvořili jasný obrázek o uhlíkové stopě solární energie, byly v posledních několika desetiletích provedeny stovky studií, které zhodnotily profil emisí sluneční energie během životního cyklu. Tato hodnocení zahrnovala etapy těžby, provozu a zpracování elektřiny z různých palivových zdrojů, jako jsou solární fotovoltaika, solární termální, větrná, jaderná, zemní plyn a uhlí. V roce 2014 Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) amerického ministerstva energetiky přezkoumala 400 těchto studií, přičemž vzala v úvahu nesrovnalosti, odlehlé hodnoty a další proměnné ovlivňující data. Data byla poté proložena pomocí diskrétního souboru předpokladů pro účely srovnání. Výsledky ukázaly, že solární panely vyžadují 60 % až 70 % energie zpočátku, přibližně 25 % během provozu a přibližně 5 % až 20 % po své produktivní životnosti. Na druhé straně uhlí produkuje ~98 % emisí při provozu (těžba, doprava, spalování atd.) a pouze 1 % při těžebních a zpracovatelských procesech.

Solární panely jsou dnes téměř o 50 % účinnější, než když byla provedena tato studie. Jak byste očekávali, metody výroby energie založené na fosilních palivech produkují více CO2 než obnovitelné zdroje na kWh. To se od začátku nedalo očekávat, protože není hned jasné, jak velký je rozdíl mezi druhy paliv.

Intenzita emisí během životního cyklu solárních fotovoltaických systémů je přibližně 40 g CO2/kWh. Emisní intenzita životního cyklu uhlí je přibližně 1 000 g CO2/kWh. Uhlí produkuje 25krát více oxidu uhličitého než solární energie a produkuje stejné množství energie.

Rozdíl v míře absorpce záření jako jedna z výhrad proti obnovitelným zdrojům energie spočíval v tom, že křemíkové solární panely v harmonizaci NREL měly účinnost 13,2 % až 14,0 %. To platilo do roku 2014, ale dnes polykrystalické solární moduly pravidelně dosahují účinnosti >19,5 %. Solární panely jsou dnes téměř o 50 % účinnější, než když byla provedena tato studie. Generování více kWh čisté energie ze stejného výrobního cyklu, další snížení emisní náročnosti solárních fotovoltaických systémů. I ty nejhorší odhady pro solární FV jsou stále 3x lepší než nejlepší odhady pro uhlí. Průměrné a konsensuální hodnoty poskytují přesnější obrázek o emisní intenzitě různých paliv (s přihlédnutím ke statistickým emisím). Harmonizovaná hodnota také zohledňuje hodnotu slunečního záření 1700 2 kWh/mXNUMX, což se přibližně rovná úrovním pozorovaným v Albertě a Saskatchewanu.

Emisní intenzita je neuvěřitelně důležitá metrika, kterou je třeba vzít v úvahu při posuzování vlivu sluneční energie na životní prostředí. Existují další studie a metaanalýzy, které podporují dopad solárních panelů na životní prostředí ve srovnání s jinými zdroji paliva nalezenými NREL.

Další analýza v Brookhaven National Laboratory, PV Environmental Research Center a Energy Policy Research.

Doba návratnosti solárních panelů, pokud solární panely vyžadují k vytvoření více energie, než vyrobí během své životnosti, nebo podobně, pokud jsou počáteční účinky výroby solárních panelů horší než provozní přínosy, je tato technika odhadu zásadně chybná. Lidé často při hodnocení hodnoty finanční investice sledují návratnost investic (ROI) nebo dobu návratnosti. Jak brzy dostanu své peníze zpět? 25letá doba návratnosti většinu lidí nevzrušuje, ale tříletá doba návratnosti upoutá pozornost většiny investorů. Stejnou otázku lze formulovat pro výrobu energie a hodnocení dopadu solárních panelů na životní prostředí – jak dlouho bude trvat, než solární energetický systém vyrobí dostatek energie, aby vyrovnal náklady na výrobu energie? Doba návratnosti solární energie závisí na vaší lokalitě, protože produkci solární energie ovlivňují různé povětrnostní podmínky. Solární panel instalovaný v saharské poušti vyrobí více energie a zaplatí za sebe mnohem rychleji než stejný panel instalovaný nad polárním kruhem. NREL opět poskytuje některá pozoruhodná data. Tato data zahrnují výrobu modulu, rámu a vyvážení součástí systému.

Doba návratnosti u monokrystalických solárních článků je pouze 2 roky. Dalším důležitým upozorněním je, že hodnota je založena na předpokládané účinnosti solárního panelu 14 %. Dnes jsou solární panely o 40–50 % účinnější. S ohledem na to je rozumné předpokládat, že solární panely mají přibližnou dobu energetické návratnosti 1 až 2 roky. Pokud by vám byla nabídnuta investice s dobou návratnosti 2 roky, přijali byste ji?

Elektroenergetika. Zdroje paliva. Zásah do životního prostředí

Ekologické přínosy solární energie se také liší v závislosti na tom, jaká forma energie je vytlačována. Jak naznačuje předchozí obrázek, výroba solární energie namísto využívání elektřiny z uhelných elektráren bude mnohem výnosnější, než kdybyste instalovali solární panely, které by kompenzovaly vodní nebo větrnou energii ze sítě. Existuje řada dalších důvodů, proč instalovat solární panely, i když je vaše síť napájena z obnovitelných zdrojů (například snížení zatížení sítě a snížení nákladů na vlastnictví elektřiny po dobu životnosti), ale ty zde nebudou podrobně popsány.

Provincie jako Nova Scotia, Saskatchewan a Alberta by ze solární energie těžily nejvíce, protože jejich energie pochází především z fosilních paliv. Nejméně má ze solární energie získat Quebec, protože jeho síť je již téměř zcela bez emisí.

Závěr

Solární energie není dokonalá, ale celkově má ​​pozitivní čistý environmentální a finanční dopad. Ano, solární panely vyžadují k těžbě/výrobě obrovské množství energie a ano, během výrobního procesu se používají chemikálie. Tato dvě tvrdá fakta neznamenají, že solární panely mají čistý negativní dopad, jak ukazují data. Energie potřebná k vytvoření solárního panelu se vrátí za méně než 2 roky. I když vezmeme v úvahu fázi výroby a zpracování solární energie, jsou vyprodukované emise 3 až 25krát menší než při výrobě stejného množství energie z fosilních paliv. Nižší emise ze solární energie ve srovnání s jakýmkoli fosilním palivem (zejména uhlím) činí tuto technologii extrémně ziskovou.

• dopad
• životní prostředí
• záporný
• pozitivní
• solární panely
• výpočet

• Populární věda
• Energie a baterie
• Ekologie
• Budoucnost je tady