بررسی مولفه های زیست محیطی، استخراج استراتژیها و جهتگیریهای کلان
بررسی مسائل محیط زیستی، و تکنولوژیکی انرژی خورشیدی
محیط زیستی
استفاده از سوخت های فسیلی (مثل نفت ، زغال سنگ و گاز) برای تولید انرژی و انجام حمل و نقل آسیب های غیرقابل جبرانی را به محیط زیست و آب و هوا وارد می کند؛ اکوسیستم را مختل و به طور قابل توجهی سرعت انقراض گونه ها را در طول دهه های آینده افزایش می دهد.
انرژی خورشیدی گونه ای پاک از انرژی است که هیچگونه آسیبی به محیط زیست نمی رساند.
کاهش گازهای گلخانه ای
اثر گلخانه ای یک روند طبیعی است که به موجب آن اتمسفر زمین برخی از انرژی خورشید را به دام می اندازد که پس از آن کره زمین را گرم کرده و آب و هوا را کنترل می کند. با این حال ، فعالیت های انسانی که گازهای گلخانه ای تولید می کند این اثر را افزایش می دهد، در نتیجه بطور مصنوعی درجه حرارت جهانی را بالا برده و آب و هوا را مختل می کند. گازهای گلخانه ای عبارتند از دی اکسید کربن – تولید شده توسط احتراق سوخت های فسیلی و جنگل زدایی؛ متان ، آزاد شده از کشاورزی ، حیوانات و سایت های دفن زباله؛ و اکسید نیتروژن که از محصولات کشاورزی و انواع مواد شیمیایی صنعتی حاصل مي شود. واقعیت تغییر آب و هوا در حال حاضر می تواند در فروپاشی یخ قطبی، آب شدن لایه منجمد دائمي اعماق زمین، بالا آمدن سطح دریا و امواج گرمای کشنده مشاهده شود. این تنها دانشمندان نیستند که شاهد این تغییرات می باشند. از شمال تا جزیره نشینان نزدیک خط استوا، افراد در حال حاضر با اثرات تغییر آب و هوا دست و پنجه نرم می کنند. گرم شدن متوسط جهانی به میزان بیش از 2 °C میلیون ها نفر را با افزایش خطر گرسنگی، بیماری، جاری شدن سیل در برخی مناطق و کمبود آب در مناطق دیگر تهدید می کند. پیش از این هرگز بشریت مجبور نشده بود که با این بحران زیست محیطی عظیم دست و پنجه نرم کند. اگر ما اقدام فوری و سریع را برای حفاظت از آب و هوا نکنیم ، آسیب می تواند برگشت ناپذیر باشد. این فقط می تواند از طریق کاهش سریع در انتشار گازهای گلخانه ای به اتمسفر رخ دهد. اگر ما روند کنونی را ادامه دهیم برخی از عوارض محتمل عبارتند از :
- افزایش سطح آب دریاها در اثر ذوب شدن یخ های طبیعی و انبساط حرارتی اقیانوس ها به موازات افزایش دما. انتشار گسترده گازهای گلخانه ای ناشي از ذوب شدن لايه منجمد زمين و جنگل هاي در حال فنا.
- خطر زيادي از وقایع بد آب و هوايي مانند موج گرما، خشکسالی و سیل وجود دارد. به طرز وحشتناكي بروز خشکسالی جهانی در حال حاضر در 30 سال گذشته بيش از دو برابر شده است.
- اثرات بد منطقه ای ، مانند افزایش طغیان رودخانه ها در اروپا علاوه بر سیل ساحلی ، فرسایش و از دست رفتن تالاب نيز وجود دارد. مناطق کم ارتفاع در کشورهای در حال توسعه مانند بنگلادش و جنوب چین نیز می تواند به شدت تحت تاثیر سیل قرار گيرد.
- تهدیدات شدید براي سیستم های طبیعی، از جمله یخچال های طبیعی، سواحل مرجانی، درختان حرا ، اکوسیستم های کوهستانی، جنگل های شمالی، جنگل های استوایی، تالاب دشت ها و مراتع بومی وجود دارد.
- افزایش خطر انقراض گونه ها و از دست رفتن تنوع زیستی. بیشترین اثرات در کشورهای فقیرتر در جنوب صحرای آفریقا، جنوب و جنوب شرقی آسیا و جنوب امریکا اند و همچنين جزایر کوچک قادر به محافظت خود از خشکسالی فزوينده، بالا آمدن سطح دریا، گسترش بیماری و کاهش تولید محصولات کشاورزی نيستند.
هزینه انتشار گازهای گلخانه ای از تولید برق را به راحتی می توان با استفاده از انرژی خورشیدی کاهش داد. ساخت سیستم های فتوولتاییک بین 15 گرم تا 25 گرم معادلCO2 را در هر کیلووات ساعت منتشر می کند، در مقايسه با 600 گرمي كه به طور متوسط براي هر کیلووات ساعت در جهان منتشر می شود. و در طول عمر عملیاتی خود، سیستم های فتوولتاییک و حرارتی خورشیدی هيچگونه گاز گلخانه ای منتشر نمی کنند. علاوه بر این، کربن سيستم هاي فتوولتاییک هر سال در حال کاهش است. در حال حاضر، هزینه های خارجی به جامعه ناشي از سوختن سوخت های فسیلی در قیمت های برق لحاظ نشده است. برای نمونه در اروپا 1.2 €ct می تواند برای هر کیلووات ساعت برق تولید شده توسط فتوولتاییک ذخيره شود. طبق یک مبناي جهاني مخلوط برق کنونی از برق اتحادیه اروپا كربنيته تر مي باشد ، این به این معنی است که ذخيره ها در مقیاس جهانی حتی بیشتر خواهد بود. می توان اينگونه فرض کرد که با ترکیب فعلی برق در سطح جهانی گازهای گلخانه ای معادل بیش از600g/kWhCO2 ساطع می کند. ارزش مقدار آلاینده هاي اجتناب شده توسط انرژی خورشیدی در یک مقیاس جهانی می تواند در نتیجه تا مقدار2.3€ct/kWhباشد.
تولید ماژول فتوولتاییک نیاز به انرژی دارد. زمان بازپرداخت انرژی (EPBT) نشان می دهد که چند سال یک سیستم فتوولتاییک بايد کار كند تا انرژی مصرفيش را در زمان تولید، نصب، برچيدن و بازیافت جبران کند. EPBTبستگی به سطح تابش (درمناطق آفتابی مثل جنوب اروپا EPBTكمتر از مناطق با تابش نسبتا کم خورشیدی است)، نوع سیستم (یکپارچه یا غير يكپارچه، جهت گیری، زاويه شيب) و تکنولوژی (به دلیل فرايندهاي متفاوت ساخت و حساسیت های مختلف به تابش خورشیدی) دارد.
محاسبه تابش1,700 kWh/m2/year(سطح جنوبی اروپا) را در فرض مي كند و این که سیستم در پشت بام با استفاده از جهت بهینه نصب شده است. داده ها ازپايگاه دادهEcoinventاستخراج شده اند، كه برجسته ترين پایگاه داده جهان از نظر ثبات، شفافيت، و به روز بودنداده هاي چرخه عمر(LCL) مي باشد. تولید مواد خام سيليكني و شمش برای فن آوری های c- Si بسیار انرژی بر است. از این رو، تکنیک های جدید براي کاهش مصرف انرژی در این مراحل از زنجیره ارزش توسعه یافته اند. این کار به کاهش بیشتر در EPBTسیستم فتوولتاییک منجر شود ، كه بقائشان رابيشتر مي كند.
زمانهاي بازگشت انرژي
EPBTبراي تمامي سيستم هاي فتوولتاییک | 1 تا 3 سال |
دوره زماني كاركرد ماژول هاي فتوولتاییک | 25 سال (يا حتي بيشتر) |
زمان توليد انرژي پاك | 22 تا 24 سال ( يا حتي بيشتر) |
EPBTدر سیستم فتوولتاییک چگونه میتواند کاهش یابد:
• کاهش دادن: استفاده از مواد کمتر (به عنوان مثال با کاهش ضخامت ویفرهای سیلیکونی) • استفاده مجدد: بازیافت مواد • جايگزيني: استفاده از موادی کهCO2 كمتري توليد مي كنند. • افزایش بازده: بازده بالاتر سیستم برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق و بهبود مستمر در فرآیندهای تولید، کمک به كاهش بيشتر EPBTميكند. |
جمعیت جهان می تواند حدود 25 ٪ تا سال 2030 رشد کند(8 میلیارد نفر). تقاضا برای آب نیز حتی به ميزان تقریبا 30 ٪ افزايش خواهد يافت. بر خلاف سایر فن آوری ها، سیستم های فتوولتاییک در طول عملكرد خود به آب نياز ندارند. این باعث می شود فتوولتاییک یک منبع برق پایدار در مکان هایی که آب کمیاب است شود. مقداري آب در فرآیند تولید استفاده می شود. تقریبا 85 ٪ از آن برای استخراج و پالایش مواد استفاده می شود ، در حالی که اسمبل كردن ماژول (تولید ویفرهای ، سلول ها و ماژول ها) 15 ٪ باقی مانده را مصرف مي كنند. بيشتر آبي كه به طور غیر مستقیم برای تولید فتوولتاییک استفاده مي شود از مصرف برق کارخانه هاي فتوولتاییک ناشي ميشود: در تولید برق معمولي برای خنک كردن از آب استفاده مي شود. از این رو،افزایش سهم فتوولتاییک در ترکیب برق، آب مورد نیاز در فرآیند تولید ماژول فتوولتاییک را كاهش مي دهد. علاوه بر این ، حتی در حالی که در حال حاضر آب مورد نیاز برای برق فتوولتاییک کمتر از فن آوری های توليد برق دیگر است ، اين صنعت در حال کار مداوم به منظور کاهش مصرف آب در فرآیند تولیدش هستند.
ماژول های فتوولتاییک برای تولید انرژی پاکیزه و تجدید پذیر برای حداقل 25 سال طراحی شده اند. اولین سیستم های اصلی فتوولتاییک در اوایل دهه 1990نصب شده بود.هنوز با بازیافت در مقياس کامل ده سال دیگر فاصله وجود دارد. صنعت فتوولتاییک در حال کار برای ایجاد راه حل هايي است که تاثیر فتوولتاییک بر محیط زیست را در تمام مراحل چرخه عمر محصولش كاهش مي دهد : از طريق منبع يابي مواد اولیه با جمع آوری مواد بازیافتي.
در سال 2007 ، تولید کنندگان پيشرو از مفهوم مسئولیت تولید كننده استقبال كردند و یک برنامه بازيافت و برگشت در گستره صنعت را بطور داوطلبانه پايه ريزي كردند. در حال حاضر ، جامعه چرخه بازيافت فتوولتاییک(www.pvcycle.org) در حال کار به سمت بقاء بیشتر محیط زیست مي باشد. PV CYCLEبیش از 100 نفر نماینده در بیش از 85 ٪ از کل بازار فتوولتاییک اروپا رادارد. آنها توافق کرده اند که سیستم جمع آوری و بازیافتي كه توسط PV CYCLEتوسعه یافته را پیاده سازی کنند، اين به زودی عملیاتی خواهد شد. فن آوری های بازیافت برای تقریبا تمام انواع محصولات فتوولتائیک وجود دارد و اکثر تولید کنندگان در فعالیت های بازیافت مشغول هستند. مزایای زیست محیطی و اثرات بد بازیافت کردن از طریق پروژه پيلوت بازیافت Chevetogne(بلژیک) تخمین زده شد. این پروژه نشان می دهد که مزایای زیست محیطی از بازیافت به وضوح بیشتر از اثرات بد اضافی زیست محیطی (گرما ، عملیات مواد شیمیایی برای بازیابی مواد اولیه محصور در ماژول ها) می باشد.
به توجه به سرعت سریع اضافه شدن سیستم های خورشیدی به شبکه، این امکان به وجود میاید تا در زمانهای پیک بار شبکه ( شب هنگام که تعداد مصرف کننده های شبکه به شدت افزایش می یابد ) از برق ذخیره شده داخل باتریهایی که توسط پانل ها یا سیستمهای حرارتی خورشیدی شارژ شده اند استفاده نمود و در این مواقع کمک بزرگی به پایداری شبکه سراسری برق می شود.
کاهش تلفات شبکه و حذف هزینه های توزیع
انرژی خورشیدی میتواند به عنوان یک منبع نامتمرکز و توزیع شده از انرژی در نظر گرفته شود. توليد برق در نزدیکی محلي که مصرف مي شود به معنی کاهش تلفات توزیع مي باشد که به فاصله بین نقطه تولید و نقطه استفاده مرتبط است.
همچنین نزدیک بودن تولیدکننده و مصرف کننده برق عملا موجب حذف هزینه های هنگفت توزیع برق میگردد.
ایجاد امکان تولید نامتمرکز (DG)
همانطور که در فصل قبل نیز توضیح داده شد، انرژی خورشیدی با توجه اینکه میتواند در سیستم های کوچک و در هر نقطه ای (پشتبام، دیوار، روی زمین و …) به طور گسترده راه اندازی شود، امکان تولید نامتمرکز برق را تولید میکند که مزایای متعددی را به دنبال خواهد داشت:
- به صرفه تر، سریعتر و آسانتر بودن ساخت و راه اندازی تاسیسات غیرمتمرکز نسبت به نیروگاه متمرکز
- تمرکززدایی در بازار کار و ایجاد بازار کار متنوع تر و سودمندتر
- ایجاد امنیت شبکه در شرایط بحران با توجه به عدم ایجاد نقاط استراتژیک نیروگاهی
- تعمیرات آسان به دلیل کوچک بودن واحدهای غیرمتمرکز
- کوتاهتر شدن زمان تعمیرات دوره ای
- خروج آسان از شبکه
- افزایش طول عمر
- افزایش امنیت و کاهش خسارات ناشی از حادثه
- کاهش هزینه های و تلفات انتقال قدرت، (ترانس ها، دکل ها و کابل های انتقال، ادوات حفاظتی، پستهای قدرت)