Федеральное агентство по охране окружающей среды (UBA) заказало обновление оценки воздействия ветряных и солнечных электростанций на окружающую среду. Исследователи из Sphera Solutions GmbH и Института строительной физики Фраунгофера IBP учли в своих расчетах технологические достижения, которые определенно положительно влияют на экологический баланс электростанций.
Оценка жизненного цикла солнечных электростанций и выработки солнечной электроэнергии была проведена для типовых систем, установленных на крыше и на земле, с расположением в Германии и Южной Европе. Поскольку структура производства электроэнергии в конкретных странах в некоторых случаях сильно отличалась, оценки жизненного цикла для мест производства солнечных батарей дают сильный разброс. В то же время, UBA продолжает утверждать, что потенциальные выгоды от восстановления и переработки бывших в употреблении солнечных батарей превышают воздействие на окружающую среду, вызванное работой таких заводов по переработке. Поэтому переработка солнечных батарей может способствовать дальнейшему снижению воздействия на окружающую среду в течение их жизненного цикла. Экономия составит от 3 до 15 процентов, в зависимости от эффективности и технологии.
Для подготовки оценки жизненного цикла солнечных электростанций UBA учитывало не только солнечные батареи, но и другие компоненты системы, такие как инверторы, опорные конструкции и кабели. Помимо эффективности солнечных батарей, важным фактором влияния на окружающую среду является срок службы солнечных электростанций в целом. Ученые из UBA основывали свои расчеты на сроке эксплуатации в 30 лет и среднем коэффициенте эффективности с учетом деградационных потерь, равном 0,75 для крышных систем и 0,8 для наземных систем для солнечных электростанций, оптимально ориентированных на солнце. Среднегодовая солнечная радиация для мест расположения в Германии была принята равной 1 200 киловатт-часов на квадратный метр, а в Южной Европе — 1 700 киловатт-часов на квадратный метр. Кроме того, UBA использовало в качестве основы коэффициент полезного действия солнечных батарей по каждой конкретной технологии: 18% для монокристаллических, 16,8% для поликристаллических, 17% для тонкопленочных солнечных батарей из теллурида кадмия и 14,6% для CIGS.
В результате оказалось, что экологический баланс солнечной электроэнергии, выработанной солнечными электростанциями с монокристаллическими солнечными батареями составил в Германии от 43 до 63 граммов эквивалента CO2 на киловатт-час. При полностью интегрированной цепочке производства солнечных батарей в Европе этот показатель составляет 32 грамма CO2 на киловатт-час. Для южных европейских регионов, согласно оценке UBA, приходится от 30 до 44 граммов CO2 на киловатт-час. Для поликристаллических солнечных электростанций парниковый потенциал производимой солнечной электроэнергии определяется в 36-47 граммов CO2 на киловатт-час для объектов на территории Германии, в 24 грамма CO2 на киловатт-час для солнечных электростанций на базе CIGS и в 17-20 граммов CO2 на киловатт-час для тонкопленочных солнечных батарей на основе теллурида кадмия.
В ходе анализа чувствительности были также изучены зависимости параметров фазы использования от экологического профиля производства солнечной электроэнергии. Для этого исследователи UBA изменяли время работы солнечной электростанции, коэффициент производительности, деградацию и срок службы инвертора. Результаты анализа чувствительности показали, что потенциал глобального потепления при производстве электроэнергии солнечными электростанциями может значительно вырасти, если срок службы солнечной электростанции меньше предполагаемых 30 лет, что снижает общую выработку электроэнергии. Отклонения при всех вариациях параметров будут находиться в диапазоне от -8 до +38 процентов . Поэтому использование солнечных электростанций как можно дольше положительно влияет на результат оценки экологического баланса.
Однако результаты анализа чувствительности также показывают, что потенциал парниковых газов при производстве солнечной электроэнергии, даже при наихудшем сценарии, в некоторых случаях значительно ниже 100 граммов CO2-эквивалента на киловатт-час для всех рассмотренных технологий. Таким образом, они остаются значительно ниже показателей традиционных ископаемых видов генерации электроэнергии, продолжает Федеральное агентство по охране окружающей среды. Для природного газа этот показатель составляет 490 граммов CO2-эквивалента на киловатт-час, а для электрогенерации на буром угле — около 1140 граммов CO2-эквивалента на киловатт-час.
UBA также рассчитало сроки окупаемости энергетических затрат (Energy Payback Times) для изученных солнечных электростанций. В Германии они варьировали от 0,9 лет для солнечных батарей из теллурида кадмия до 2,1 лет для монокристаллических солнечных батарей. Таким образом, первичная энергия, вложенная в производство, использование и завершение срока службы солнечных электростанций, окупается в течение очень короткого периода. Федеральное агентство по охране окружающей среды также разработало инструмент расчета, который позволяет любому человеку индивидуально определить оценку жизненного цикла своей солнечной электростанции.
Для расчетов были обновлены отраслевые данные, в частности, по тонкопленочной технологии CIGS и инверторам. Это было сделано в сотрудничестве с NICE Solar Energy и SMA. Для производства моно- и поликристаллических фотоэлементов, с другой стороны, это невозможно, поскольку производство в Европе резко сократилось в последние годы. Поэтому в UBA использовались данные инвентаризации жизненного цикла, опубликованные в PVPS Task 12.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2021/05/21/uba-oekobilanz-photovoltaik-anlagen-amortisieren-sich-energetisch-nach-maximal-21-jahren/
Перевод выполнен с разрешения редакции журнала pv magazine.
