W poprzednim numerze opisany został proces produkcyjny ogniw fotowoltaicznych na bazie krzemu oraz modułów cienkowarstwowych wytwarzanych w oparciu o tellurek kadmu (CdTe). Teraz proces produkcyjny zostanie potraktowany tylko jako jeden z etapów cyklu życia modułów fotowoltaicznych.

1401 cyklZycia schemUmiejscowienie procesu wytwarzania modułów w całym cyklu ich życia dokonywane jest z wykorzystaniem metodologii LCA (Life Cycle Analysis) będącej jedną  z technik zarządzania środowiskowego. Zajmuje się ona aspektami środowiskowymi oraz możliwym wpływem wyrobu na środowisko w okresie jego życia zgodnie  z założeniem „od kołyski po grób”. Technika ta jest wykorzystywana w oparciu o normę EN ISO 14040:2006,  w której opisano zasadę oraz strukturę oceny cyklu życia. Do podstawowych zadań LCA należy: identyfikacja i oszacowanie ilości wprowadzonych do środowiska odpadów oraz obciążeń w postaci zużytych materiałów i energii, ocena potencjalnego wpływu takich obciążeń i dostępnych możliwości ich zmniejszenia [2].

Cykl życia ogniw fotowoltaicznych
Cykl  życia  ogniwa  fotowoltaicznego  może  zostać podzielony na podstawie trzech podstawowych procesów jakie w nim zachodzą. Pierwszym z nich jest proces wytwórczy, w skład którego wchodzą czynności związane z wydobyciem surowców naturalnych, produkcją materiałów, wytworzeniem modułów fotowoltaicznych oraz pozostałych elementów systemu (BOS – ballance of system) i instalacją (zbudowaniem) elektrowni PV. Kolejny – to proces związany z zasadniczą fazą cyklu życia, jaką jest funkcjonowanie systemu PV, główny nakład energetyczny w tej fazie związany jest przede wszystkim z czynnościami konserwacyjnymi, wymianą elementów, które uległy awarii lub się zużyły oraz funkcjonowaniem systemów nadążnych. Ostatni proces związany jest z demontażem instalacji oraz recyklingiem i utylizacją poszczególnych komponentów systemu. Dwa zasadnicze procesy związane  z cyklem życia ogniw fotowoltaicznych zostały przedstawione na rysunkach 1 oraz 2.

Metodologia
Zgodnie z [4] ocena cyklu życia systemów fotowoltaicznych wymaga przyjęcia pewnych założeń, które będą wpływały na ostateczny wynik przeprowadzonych rozważań. Założenia te dotyczą instalacji fotowoltaicznej i określają jej parametry techniczne. Przyjmuje się 30-letni okres życia modułów fotowoltaicznych wykonanych w technologii szkło–szkło lub szkło–Tedlar. Stwierdzenie to opiera się na analizie typowych gwarancji dotyczących modułów fotowoltaicznych (które zakładają np. 80% sprawności po 25 latach) oraz na twierdzeniu, że moduły funkcjonują nadal po upływie gwarancji. Dla falowników wykorzystywanych w instalacjach małych (przydomowych) zakłada się 15-letni okres życia, natomiast dla tych stosowanych w dużych farmach PV – 30-letni, przy założeniu wymiany 10% elementów co 10 lat. (…)

Niektóre ze wskaźników wpływu systemu PV na środowisko naturalne mogą być przeliczone na wskaźnik zwrotu nakładów energetycznych (EPT). Jest on definiowany jako czas konieczny, by system oparty o odnawialne źródła energii elektrycznej wygenerował taką samą ilość energii  (w przeliczeniu na energię pierwotną) jaka została wykorzystana do stworzenia tego systemu. Zgodnie z [6] czas zwrotu nakładów energetycznych to:

1401 cyklZycia wzorPrzegląd wyników  przeprowadzonych analiz LCA Produkcji energii elektrycznej w wyniku spalania paliw kopalnianych towarzyszy emisja wielu polutantów. Gdy spojrzy się na dany system wytwarzający energię elektryczną przez pryzmat całego cyklu jego życia, również energetyka solarna obciąża środowisko naturalne pewnymi szkodliwymi związkami. Jednak w wypadku energetyki słonecznej emisja ta wynika z wykorzystania energii pochodzącej ze spalania paliw kopalnych do wyprodukowania poszczególnych komponentów systemu fotowoltaicznego. Logicznym jest, że wielkość tej emisji zależeć będzie głównie od miksu energetycznego kraju, w którym produkowane są moduły PV. (…)

W następnym numerze przedstawione zostaną wielkości emisji substancji szkodliwych w poszczególnych fazach cyklu życia modułów PV w zestawieniu z innymi źródłami energii elektrycznej.
Bibliografia:
1. Norma EN ISO 14040: 2006.
2. Kowalski Z., Kulczycka J., Góralczyk M., Ekologiczna ocena cyklu życia procesów wytwórczych (LCA), Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
3. Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Alsema Erik, Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Environ. Sci. Technol. 2008, 42 (6), 2168–2174.
4. Frischknecht R. (ed.), Methodology Guidelines on Life-Cycle Assessment of Photovoltaic Electricity, IEA PVPS Task 12, Subtask 20, LCA Report IEA-PVPS T12-03:2011, 2009.
5. Skoczek A., Sample T., Dunlop E.D., The results of performance measurements of field-aged crystalline silicon photovoltaic modules, Prog. Phtotovolt. Res. Appl. 17, 2009, 227–240.
6. Vasilis M. Fthenakis, How Long Does It Take for Photovoltaics To produce the Energy Used?, Communities Industry, February 2012.
7. Markvart T., Castaner L., Practical Handbook of Photovoltaics: Fundamentals and Applications, Elsevier, 2003.
8. Vasilis M. Fthenakis, Alsema Erik, Photovoltaics energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004–early 2005 status, Prog. Photovolt. Res. Appl. 14, 2006, 275–280.
9. www.epia.org

M. Krzywda, J. Jurasz
Wydział Zarządzania Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Cały artykuł w numerze 1/2014
2014 1 GLOBEnergia