सिलिकॉन पीवी पैनलों का जीवन चक्र मूल्यांकन (LCA)

स्रोत: appropedia.org

पृष्ठभूमि

वैकल्पिक ऊर्जा प्रौद्योगिकियां जैसे कि फोटोवोल्टिक मॉड्यूल (चित्रा 1) दुनिया भर में अधिक लोकप्रिय हो रही हैं। 2008 में, पहली बार, वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों में दुनिया भर में निवेश ने जीवाश्म ईंधन की तुलना में अधिक निवेशकों को आकर्षित किया, शुद्ध पूंजी के मुकाबले $ 110 तेल में नए निवेश के मुकाबले $ 155 का शुद्ध निवेश किया। प्राकृतिक गैस और कोयला। अकेले सौर ऊर्जा ने 2004 में विश्व भर में राजस्व में 6 5 बिलियन का उत्पादन किया, और $ 18 के अनुमानित राजस्व के साथ लगभग तीन गुना होने की उम्मीद है। 5 2010 के लिए अरब।

प्रदूषण और वैश्विक जलवायु परिवर्तन के बारे में अधिक जागरूकता और चिंताओं के कारण वैकल्पिक ऊर्जा प्रौद्योगिकियां दुनिया भर में तेजी से लोकप्रिय हो रही हैं। वैकल्पिक ऊर्जा प्रौद्योगिकियां उन स्रोतों से उपयोगी ऊर्जा प्राप्त करने के लिए एक नया विकल्प प्रदान करती हैं, जिनका ग्रह पर कम पर्यावरणीय प्रभाव होता है। लेकिन कितना कम?

सिलिकॉन-आधारित फोटोवोल्टिक्स के शुद्ध ऊर्जा विश्लेषण की पिछली प्रकाशित समीक्षा^[1]पाया गया कि सभी प्रकार के सिलिकॉन (अनाकार, पॉलीक्रिस्टलाइन और एकल क्रिस्टल)-आधारित पीवी ने अपने उत्पादन की तुलना में उनके जीवनकाल में कहीं अधिक ऊर्जा उत्पन्न की। सभी आधुनिक सिलिकॉन पीवी कम 5 वर्ष से कम ऊर्जा के मामले में अपने लिए भुगतान करते हैं - यहां तक ​​कि अत्यधिक उपोष्णकटिबंधीय तैनाती परिदृश्यों में भी।

यह लेख सिलिकॉन फोटोवोल्टिक (पीवी) पैनलों के उत्पादन और जीवनकाल के उपयोग से जुड़े सभी पर्यावरणीय प्रभावों की पड़ताल करता है।

जीवन चक्र निर्धारण (LCA) क्या है

लाइफ साइकल असेसमेंट (LCA) किसी उत्पाद या प्रक्रिया के उत्पादन से लेकर निपटान तक के पर्यावरणीय प्रभावों का मूल्यांकन करता है^[2]। एक एलसीए एक उत्पाद का उत्पादन और उपयोग करने के लिए आवश्यक सामग्री और ऊर्जा इनपुट की जांच करता है, इसके उपयोग से जुड़े उत्सर्जन, और निपटान या रीसाइक्लिंग के पर्यावरणीय प्रभाव। एलसीए बाहरी लागतों की भी जांच कर सकता है, जैसे कि पर्यावरणीय शमन, जो किसी उत्पाद के उत्पादन या उपयोग के लिए आवश्यक है^[3].

सौर ऊर्जा का संक्षिप्त इतिहास

पहला फोटोवोल्टिक सेल चार्ल्स फ्रिट्स द्वारा बनाया गया था, जिसने सेलेनियम और 1883 में सोने से 30 सेमी सेल बनाया था।^[4]। बेल लैब्स में शोधकर्ताओं द्वारा 1954 आधुनिक सिलिकॉन फोटोवोल्टिक तकनीक की खोज की गई, जिसने गलती से पीएन-जंक्शन विकसित किया जो फोटोवोल्टिक को उपयोगी बिजली का उत्पादन करने में सक्षम बनाता है^[5]। 1958 में, नासा ने अपने उपग्रहों के लिए बैकअप पावर सिस्टम के रूप में फोटोवोल्टिक का उपयोग करना शुरू किया^[4]पहला सौर-संचालित निवास डेलावेयर विश्वविद्यालय में 1973 में बनाया गया था, और पहला मेगावॉट-स्केल फोटोवोल्टिक प्रोजेक्ट कैलिफोर्निया में 1984 में स्थापित किया गया था।^[4].

सिलिकॉन पीवी पैनल लाइफसाइकल विश्लेषण

निम्न अनुभाग में सिलिकॉन पीवी पैनल का एक संक्षिप्त जीवनचक्र विश्लेषण शामिल है। जिन जीवनचक्र कारकों पर चर्चा की गई है, उनमें शामिल हैं: उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा, जीवनचक्र कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन, और पीवी प्रदूषण से उत्पन्न प्रदूषण प्रदूषण के सभी: परिवहन, स्थापना, संचालन और निपटान।

उत्पादन के लिए ऊर्जा की आवश्यकताएं

मैन्युफैक्चरिंग फोटोवोल्टिक्स अत्यधिक स्थापित पीवी मॉड्यूल का सबसे अधिक ऊर्जा गहन कदम है। जैसा कि चित्र 2 में देखा गया है, फोटोवोल्टिक वेफर्स के लिए आवश्यक उच्च शुद्धता वाले सिलिकॉन में सिलिका रेत को परिवर्तित करने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। पीवी मॉड्यूल की असेंबलिंग एक अन्य संसाधन गहन कदम है जिसमें उच्च ऊर्जा सामग्री एल्यूमीनियम फ्रेमिंग और ग्लास छत शामिल है।

सिलिकॉन फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के पर्यावरणीय प्रभाव में तीन मुख्य घटक शामिल होते हैं: फ्रेम, मॉड्यूल और बैलेंस-ऑफ-सिस्टम घटक जैसे कि रैक और इन्वर्टर।^[3]। ग्रीनहाउस गैसें ज्यादातर मॉड्यूल उत्पादन (81%), सिस्टम के संतुलन (12%) और फ्रेम (7%) के कारण होती हैं।^[3])। उत्पादन चक्र की संसाधन आवश्यकताओं को चित्र 3 में संक्षेपित किया गया है।

चित्रा 3: उत्पादन चक्र और एक सिलिकॉन मॉड्यूल के आवश्यक संसाधन^[6].

जीवन शैली कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन

जीवनचक्र कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन फोटोवोल्टिक प्रणालियों से संबंधित सामग्रियों के उत्पादन, परिवहन या स्थापना के कारण होने वाले उत्सर्जन को संदर्भित करता है। स्वयं मॉड्यूल के अलावा, विशिष्ट स्थापना में विद्युत केबल और एक धातु रैक शामिल हैं। ग्राउंड-माउंटेड फोटोवोल्टिक सिस्टम में एक ठोस नींव भी शामिल है। दूरस्थ प्रतिष्ठानों को स्थानीय विद्युत ग्रिड को बिजली के संचरण के लिए अतिरिक्त बुनियादी ढांचे की आवश्यकता हो सकती है। सामग्री के अलावा, एक जीवन चक्र विश्लेषण में कारखाने, गोदाम और स्थापना स्थल के बीच फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के परिवहन के दौरान वाहनों से निकलने वाले कार्बन डाइऑक्साइड को शामिल करना चाहिए। चित्रा 4 इन कारकों के सापेक्ष योगदान की तुलना जीवनकाल कार्बन डाइऑक्साइड के पांच प्रकार के फोटोवोल्टिक मॉड्यूलों से करता है^[7].

चित्रा 4:बड़े पैमाने पर फोटोवोल्टिक प्रतिष्ठानों के लिए जीवनकाल कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन, घटक के अनुसार वर्गीकृत। यह ग्राफ ठेठ मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन मॉड्यूल (एम-सी (ए)), उच्च दक्षता वाले मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन (एम-सी (बी)), कैडमियम टेल्यूरियम (सीडीटीई) और कॉपर इंडियम सेलेनियम (सीआईएस) मॉड्यूल की तुलना करता है। लेखकों द्वारा ग्राफ, के आधार पर[7].

परिवहन उत्सर्जन

फोटोवोल्टिक के जीवन चक्र उत्सर्जन के बारे में 9% का परिवहन खाता है^[7]। फोटोवोल्टिक मॉड्यूल, रैक और बैलेंस-ऑफ-सिस्टम हार्डवेयर (जैसे केबल, कनेक्टर, और बढ़ते ब्रैकेट) को अक्सर विदेशों में उत्पादित किया जाता है और जहाज द्वारा संयुक्त राज्य में ले जाया जाता है।^[8]संयुक्त राज्य अमेरिका के साथ, इन घटकों को ट्रक द्वारा वितरण केंद्रों और अंततः स्थापना स्थल पर ले जाया जाता है।

स्थापना उत्सर्जन

स्थापना से जुड़े उत्सर्जन में वाहन उत्सर्जन, सामग्री की खपत, और सिस्टम को स्थापित करने के लिए स्थानीय निर्माण गतिविधियों से जुड़े बिजली की खपत शामिल हैं। ये गतिविधियाँ फोटोवोल्टिक प्रणाली के कुल जीवनचक्र उत्सर्जन के 1% से कम उत्पन्न करती हैं^[8].

ऑपरेशन उत्सर्जन

पीवी मॉड्यूल के उपयोग के दौरान कोई हवा या पानी का उत्सर्जन नहीं होता है। एयरशेड विलायक और अल्कोहल उत्सर्जन से पीवी मॉड्यूल के निर्माण के दौरान प्रभावित होते हैं जो फोटोकैमिकल ओजोन गठन में योगदान करते हैं। वाटरशेड्स क्वार्ट्ज, सिलिकॉन कार्बाइड, ग्लास और एल्यूमीनियम जैसे प्राकृतिक संसाधनों के निष्कर्षण से मॉड्यूल के निर्माण से प्रभावित होते हैं। कुल मिलाकर, केंद्रीय पीवी सिस्टम के साथ वर्तमान विश्वव्यापी ग्रिड बिजली के प्रतिस्थापन से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन, मापदंड प्रदूषकों, भारी धातुओं और रेडियोधर्मी प्रजातियों में 89-98% की कमी होगी^[9].

निपटान के प्रस्ताव

सिलिकॉन फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के निपटान में महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा है क्योंकि बड़े पैमाने पर स्थापना केवल 1980 के दशक के मध्य के बाद से जीजी 39 के उपयोग में है, और फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के जीवनकाल में कम से कम {3}} साल है;^[4]। फेथनेकिस एट अल। (2005)^[2]विशेष रूप से फोटोवोल्टिक मॉड्यूल के निपटान या रीसाइक्लिंग पर उपलब्ध डेटा की कमी की पहचान की है, इसलिए यह विषय अधिक गहन जांच करता है।

अन्य ऊर्जा स्रोतों की तुलना में फोटोवोल्टिक्स का एलसीए

फोटोवोल्टिक ऊर्जा उत्पादन से जुड़े कुल जीवनचक्र उत्सर्जन परमाणु ऊर्जा की तुलना में अधिक है, लेकिन जीवाश्म ईंधन ऊर्जा उत्पादन की तुलना में कम है। कई ऊर्जा उत्पादन प्रौद्योगिकियों के जीवनचक्र ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन नीचे सूचीबद्ध हैं:^[3].

• सिलिकॉन पीवी: 45 जी / केडब्ल्यूएच

• कोयला: 900 छ / kWh

• प्राकृतिक गैस: 400-439 ग्राम / किलोवाट

• परमाणु: 20-40 g / kWh

अपने 20-30 वर्ष के जीवनकाल के दौरान, सौर मॉड्यूल अपने उत्पादन के दौरान खपत की तुलना में अधिक बिजली उत्पन्न करते हैं। ऊर्जा लौटाने का समय सौर मॉड्यूल के लिए आवश्यक न्यूनतम उपयोगी जीवन की मात्रा निर्धारित करता है जो ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता था। जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, औसत ऊर्जा वापसी का समय 3-6 वर्ष है।

टेबल 1: दुनिया भर के विभिन्न स्थानों में स्थापित पीवी मॉड्यूल के एनर्जी पे बैक टाइम्स (ईपीबीटी) और एनर्जी रिटर्न फैक्टर (ईआरएफ)^[6].

निष्कर्ष

कोयले और प्राकृतिक गैस जैसे ऊर्जा के अधिकांश पारंपरिक रूपों की तुलना में सिलिकॉन पीवी पैनल का कम जीवन चक्र पर्यावरणीय प्रभाव है। पीवी पैनल के उपयोग से होने वाली सबसे बड़ी कार्बन उत्सर्जन मॉड्यूल उत्पादन से जुड़े हैं। ऊर्जा पे बैक टाइम्स (EPBT) दुनिया भर में विभिन्न सौर जलवायु के लिए 3 और 6 वर्षों के बीच भिन्न होता है। कुल मिलाकर, सिलिकॉन पीवी पैनल अपने उपयोगी जीवनकाल से पहले अच्छी तरह से उत्पादन की आवश्यक ऊर्जा लागतों का भुगतान करते हैं और अपने उपयोगी जीवन के बहुमत के लिए शुद्ध ऊर्जा जनरेटर हैं।

संदर्भ