Battery used Battery charging

LOW←TECH MAGAZINE

Czy fotowoltaika jest zrównoważonym źródłem energii?

Prawie wszystkie ogniwa fotowoltaiczne są teraz produkowane w Chinach, których sieć energetyczna jest dwukrotnie bardziej emisyjna i o połowę mniej sprawna energetycznie niż europejska.

Przekład: Michal Kolbusz

image

Image: Jonathan Potts.

Powszechnie uważa się, że wystarczy zaledwie kilka lat pracy paneli fotowoltaicznych, żeby wygenerowały one ilość energii równą zużytej na ich wyprodukowanie. Dzięki temu mają być bardzo niskoemisyjnym źródłem energii elektrycznej w porównaniu z elektrowniami spalającymi paliwa kopalne.

Jednak szczegółowe analizy pokazują, że obecnie skumulowany bilans energii i emisji CO2 fotowoltaiki jest negatywny, co oznacza że panele słoneczne zamiast obniżać to w rzeczywistości zwiększają zużycie energii i emisję gazów cieplarnianych.

Problem polega na tym, że produkujemy i instalujemy panele słoneczne w niewłaściwych miejscach. Tylko dzięki dobrze przemyślanemu doborowi lokalizacji (zarówno produkcji jak i instalacji) możemy w pełni wykorzystać ogromny potencjał tej technologii.

Dobre Wieści

Jeśli dzisiaj coś mówi się na temat fotowoltaiki, to jedynie są to pozytywne informacje. Średnia cena paneli na świecie spadła o 75% od 2008 roku i przewiduje się, że ten trend utrzyma się (jednak w mniejszym stopniu). 12

Według prognoz Deutsche Bank na temat energii słonecznej (rok 2015, przyp. tłum.), systemy solarne osiągną parytet w sieci energetycznej na poziomie 80% do końca 2017 roku, co sprawi że fotowoltaika będzie opłacalną alternatywą dla prądu z konwencjonalnych elektrowni. 34

Spadająca cena napędza wzrost tempa instalacji fotowoltaiki. Według raportu “Odnawialne Źródła Energii: Stan na Świecie w roku 2014”, (tytuł oryginału; Renawables 2014 Global Status Raport), w roku 2013 zostało zainstalowane rekordowe 39 GW energii słonecznej, co podniosło światową (szczytową) moc fotowoltaiki do 139 GW na koniec roku 2013. Chociaż to nie wystarczy, aby zaspokoić nawet 1% światowego zapotrzebowania na elektryczność, to trzeba przyznać że wzrost jest imponujący. Prawie połowa tego wzrostu przypadła na lata od 2012 do 2013. 5 Szacuje się, że w 2014 roku przybędzie kolejne 45 GW mocy, dobijając do poziomu 184 GW na świecie. 4 6 (W 2014 r. przybyło 40 GW mocy szczytowej, w 2015 r. 49 GW, w 2016 r. 76 GW, w 2017 r. 98 GW, w 2018 r. 98 GW, w 2019 r. 114 GW, źródło: www.iea.org, przyp. tłum.).

image

Całkowita moc fotowoltaiki na świecie od 2004 do 2013. Źródło: Renewables 2014 Global Status Report.

Jednocześnie ze wzrostem sprawności paneli fotowoltaicznych poprawia się technologia ich wytwarzania. Na przykład polikrzem (najbardziej energochłonny komponent paneli) spadł do poziomu 5.5-6.0 [g/Wp] (gramów na wat mocy szczytowej), a liczba ta ma się jeszcze obniżyć do 4.5-5.0 [g/Wp] w 2017 roku. 2

Oba trendy mają pozytywny wpływ na stopień zrównoważenia technologii fotowoltaicznej. Najnowsze analizy cyklu życiowego paneli, które mierzą wpływ środowiskowy zarówno ich produkcji jak i wykorzystania, mówią że emisja ekwiwalentu CO2 spadła do 30 gramów na 1 kilowatogodzinę wyprodukowanej energii ([gCO2e/kWh]), w porównaniu z wartoścą 40-50 [gCO2e/kWh] jeszcze 10 lat temu. 789101112

Wartości te pokazują, że obecnie (rok 2015, przyp. tłum.) prąd elektryczny wygenerowany przez systemy fotowoltaiczne jest 15 razy mniej węglointensywny (ang. carbon-intensive) niż energia produkowana z elektrowni spalających gaz ziemny (450 [gCO2/kWh]) i co najmniej 30 razy niższa od energii ze spalania węgla kamiennego (+1000 [gCO2/kWh]). Najczęściej można spotkać się z szacunkami, że zwrot energetyczny dla systemów fotowoltaicznych wynosi od 1 do 2 lat (tzn. że w takim czasie wygenerują one tyle energii ile zużyto do ich produkcji, przyp. tłum.). Wydaje się, że w końcu fotowoltaika może, od kiedy pojawiła się w latach 70-tych , zdominować paliwa kopalne.

Produkcja Ogniw Fotowoltaicznych Przeniosła Się Do Chin

Niestety, krytyczne spojrzenie na fotowoltaikę ukazuje zupełnie inny, nie tak różowy obraz tej technologii. Wiele osób łączy nurkujące koszta produkcji paneli ze znaczną poprawą wydajności procesów produkcji oraz z efektemi korzyści skali. Jednak jeśli przyjrzymy się bliżej wykresowi poniżej to zobaczymy gwałtowne przyśpieszanie obniżki kosztów od 2009 roku.

image

Zdjęcie: Historyczne ceny krzemowych ogniw fotowoltaicznych. Źródło: Wikipedia Commons.

To przyśpieszenie nie ma nic wspólnego ze wzrostem sprawności w wytwarzaniu ogniw, ani z żadnym przełomem technologicznym (takie stwierdzenie nie będzie prawdziwe dla wcześniejszych lat przed rokiem 2009, przyp. tłum.). Jest to efekt przeniesienia prawie całej produkcji fotowoltaiki z Zachodu do krajów azjatyckich, gdzie koszty pracy i energii są niższe, a przepisy ochrony środowiska słabsze.

Na początku lat dwutysięcznych prawie cała produkcja paneli fotowoltaicznych miała miejsce w Europie, Japonii i Stanach Zjednoczonych. W 2013 roku 87% produkcji pochodziło już z Azji (85% w 2012 roku), z czego 67% światowej produkcji należało do Chin (62% w 2012 r.). Udział Europy w produkcji spadł do 9% w 2013 roku (z 11% w 2012 r.), Japonia produkowała w tym czasie 5% wszystkich paneli, a Stany Zjednoczony zalediwe 2.6%. 5

W porównaniu z Europą, USA i Japonią, emisyjność chińskiej sieci energetycznej jest około dwukrotnie wyższa i o połowę mniej wydajna energetycznie.131415 Ponieważ produkcja paneli fotowoltaicznych w bardzo dużym stopniu opiera się na energii elektrycznej (ponad 95% zużywanej do produkcji energii)16 oznacza to, że pomimo niższych cen i wyższej sprawności, produkcja fotowoltaiki staje się bardziej energochłonna i bardziej emisyjna, przez co czas zwrotu energetycznego paneli wydłuża się.

Ponieważ cykle życiowe paneli solarnych były pisane dla urządzeń produkowanych w Europie i Stanach, teraz w obliczu tak drastycznej zmiany miejsca wytwarzania, nie można już na nich polegać

Analiza Cyklu Życia Paneli Wyprodukowanych w Chinach

Znaleźliśmy tylko na jedną analizę cyklu życia paneli solarnych produkowanych w Chinach. W 2014 roku zespół badawczy wykonał analizę porównawczą cyklu życiowego pomiędzy panelami produkowanymi w Chinach i w Hiszpanii, uwzględniając specificzne różnice geograficzne dzięki opraciu się na danych o procesach wytwórczych i materiałach charakterystycznych dla obu krajów. 13

Analiza objęła dwa scenariusze. W pierwszym wzięto pod lupę produkcję modułów fotowoltaicznych w Hiszpanii (z 14% wydajnością wytwarzania monokrzemu i 13.2% wydajnością wytwarzania polikrzemu) i ich instalację na miejscu. W drugim scenariuszu panele produkowano w w Chinach, ale montowano w Hiszpanii.

Ślad węglowy i czas zwrotu energii, w przypadku paneli wyprodukowanych w Chinach, prawie się podwoił.

Porównując oba scenariusza widać, że ślad węglowy i czas zwrotu energii są prawie dwukrotnie wyższe w drugim scenariuszu (produkcji w Chinach). Ślad węglowy modułów wyprodukowanych w Hiszpanii (która ma mniej emisyjną sieć energetyczną niż średnia europejska) wynosi odpowiednio dla monokrzemu i polikrzemu: 37.3 i 31.8 [gCO2e/kWh]. Czasy zwrotu energetycznego wynoszą 1.9 roku dla monokrzemu i 1.6 roku dla polikrzemu. Jednak w przypadku modułów wyprodukowanych w Chinach ślad węglowy wynosi odpowiednio 72.2 i 69.2 [gCO2e/kWh] dla monokrzemu i polikrzemu, a czasy zwrotu energii wynoszą 2.4 i 2.3 roku. 13

image

To gdzie zainstaluje się panele fotowoltaiczne jest przynajmniej tak samo ważne jako to gdzie zostały wyprodukowane. Prawie wszystkie analizy cyklu życiowego (w tym ta, która bada produkcję w Chinach) przyjmują poziom nasłonecznienia powierzchni Ziemi na 1700 [kWh/m2/rok] - jest to typowa wartość dla południowej Europy i południowo-zachodnich Stanów Zjednoczonych. Jeśli moduły słoneczne wyprodukowane w Chinach zostaną zainstalowane w mniej słonecznych Niemczech, wówczas ich ślad węglowy wzrośnie do około 120 [gCO2e/kWh] zarówno dla monokrzemu i polikrzemu. To sprawi, że energia fotowoltaiczna będzie jedynie 3.75 razy (a nie 15 razy) mniej emisyjna niż gaz ziemny.

Biorąc pod uwagę, że pod koniec 2014 r. w Niemczech zainstalowano więcej fotowoltaiki niż we wszystkich pozostałych krajach południowej Europy razem wziętych i dwa razy więcej niż w całych Stanach Zjednoczonych, wynik ten nie jest najgorszy. Odzwierciedla on intensywność emisji dwutlenku węgla większości systemów fotowoltaicznych zainstalowanych w latach 2009–2014. Co bardziej krytyczni badacze tematu już wcześniej przewidywali takie rezultaty. Badania z 2010 r. odnoszą się do wspomnianej powyżej emisyjności na poziomie 50 [gCO2e/kWh] i zaznaczają, że „w miejscach mniej nasłonecznionych lub w gospodarkach o wysoko emisyjnej sieci energetycznej wartości te mogą być nawet 2-4 razy wyższe”. 17

Biorąc za punkt wyjścia wartość 30 [gCO2e/kWh], która odzwierciedla poprawę w zakresie wytwarzania ogniw słonecznych, będzie to 60-120 [gCO2e/kWh], co odpowiada wynikom badań z 2014 r.

image

image

Nasłonecznienie w Europie i USA. Zdjęcia: SolarGIS.

Jednak te wyniki nie uwzględniają energii potrzebnej do transportu paneli z Chin do Europy. Transport jest zwykle ignorowany w analizach cyklu życiowego paneli słonecznych, zakładając że są one produkowane w kraju ich późniejszej instalacji. Z tego powodu, nie jest łatwo dokonać porównania. Dodatkowo wymagania energetyczne transportu są bardzo specyficzne dla każdego analizowanego przypadku. Należy również pamiętać o tym, że powyższe wylicznie emisyjność ekwiwalentu CO2 zakładają 30-letnią żywotności fotowoltaiki. Jednak, razem z przeniesieniem produkcji do Chin wiąże się spadek jakości. Może się więc okazać, że przyjęcie 30 lat jako czasu życia paneli, jest zbyt optymistyczne. 18

Badania wykazały, że odsetek wadliwych lub słabo funkcjonujących ogniw fotowoltaicznych znacznie wzrósł w ostatnich latach, co może mieć negatywny wpływ na żywotność przeciętnego panelu słonecznego, a tym samym podnieść jego ślad środowiskowy.

Kanibalizm Energetyczny

Energia z fotowoltaiki jest mniej emisyjna w porównaniu z energią z konwencjonalnej sieci energetycznej, nawet pomimo tego, że ogniwa produkuje się w Chinach oraz pomimo tego, że montuje się je w miejscach o słabym nasłonecznieniu. Można by w takim razie pomyśleć, że montaż solarek to dobry pomysł, bez względu na to gdzie się je wytwarza i gdzie stawia.

Jednakże, jeśli weźmiemy pod uwagę szybki wzrost produkcji fotowoltaiki to oszczędności energii i emisji CO2 jakie ona daje, mogą szybko zniknąć. Stanie się tak ponieważ suma oszczędności emisji i energii, jaką dają zainstalowane systemu fotowoltaiczne, zostanie zanegowana przez rosnące emisje i zużycie energii związane z ich wytwarzaniem. 161920

Jeśli weźmiemy pod uwagę szybki wzrost produkcji fotowoltaiki, to oszczędności energii i emisji CO2 jakie ona daje, mogą szybko zniknąć.

Cykl analizy życiowej, który bierze pod uwagę wzrost produkcji fotowoltaiki nazywa się “analizą dynamiczną”, w przeciwieństwie do “analizy statycznej”, którą skupia się jedynie na pojedynczej instalacji fotowoltaicznej. Dwa czynniki, od których zależy wynik analizy “dynamicznej” to po pierwsze, tempo wzrostu produkcji, a po drugie energia wcielona paneli i emisje CO2 powstająca przy ich produkcji. Jeśli tempo wzrostu przyśpiesza, albo wzrasta energia wcielona czy ilość emisji, tym samym oszczędności energii i emisji są częściowo “kanibalizowane” przez nowo uruchamiane instalacje. 16

Jeśli fotowoltaika ma być sposobem na obniżeniem emisji netto CO2 to wzrost tempa jej produkcji musi być niższy od czasu zwrotu emisji powstającej podczas produkcji. 19

Jeśli średni, szacunkowy czas spłaty emisji związanej z produkcją paneli wynosi ok. 4 lata, a przyrost instalowanej mocy fotowoltaicznej wynosi 25% rocznie (podwaja się co ok. 3 lata, przyp. tłum), to nie można mówić o żadnej zaoszczędzonej emisji! 19 Jeśli wzrost utrzyma się powyższej 25% to patrząc całościowo na światową fotowoltaikę, stanie się ona emitentem netto CO2. W tym momencie branża rośnie tak szybko, że wszelkie oszczędności na energii i emisji CO2, które daje ta technologia są negowane przez kolejną falę paneli otowoltaicznych wyjeżdżających z azjatyckich fabryk. 20

Balans Emisji CO2 Fotowoltaiki

Powstało wiele analiz dynamicznych cykli życiowych technologii energii odnawialnych. Ich wyniki (opisujące lata od 1998 r. do 2008 r.) niech będą zimnym prysznicem dla osób pokładających duże nadzieje w możliwości mitygacyjne fotowoltaiki. Analiza z 2009 roku, która uwzględnia rozmieszczenie geograficzne fotowoltaiki na świecie, podaje liczbę 23% jako maksymalne roczne tempo w jakim może przybywać nowej mocy, aby ten wzrost był zrównoważony. W badanym okresie (1998-2008) roczne tempo wzrostu było wyższe i sięgnęło 40%. 1621

image

Zdjęcie: Duży panel fotowoltaiczny w Barcelonie.

Oznacza to, że przyrost energii fotowoltaicznej w okresie 1998-2008 był zbyt szybki, aby można nazwać go zrównoważony. Stawiając nowe instalacje solarne wyemitowano w tym czasie więcej gazów cieplarnianych niż dzięki ich pracy oszczędzono. Zgodnie z wynikami z przytoczonej wcześniej analizy, emisja netto CO2 branży fotowoltaicznej w okresie 10 lat wyniosła 800 tys. ton CO2. 16 Wartość ta uwzględnia osiągniętą w tym czasie, dzięki ulepszeniu procesów wytwarzania paneli fotowoltaicznych, poprawę wydajności energetycznej i spadek emisyjności technologii.

Wzrost fotowoltaiki pomiędzy rokiem 2009 a 2014 był czterokrotnie zbyt szybki, aby móc być zrównoważonym.

Po roku 2008 stopień zrównoważenia branży fotowoltaicznej spadł jeszcze bardziej. Przyrost mocy przyśpieszył i wynosił średnio 59% rocznie pomiędzy 2008 a 2014 rokiem. 5 Jednocześnie produkcja paneli stała się bardziej emisyjna. W analizie z 2008 roku przyjęto poziom emisji produkcji paneli na 500 [gCO2e/kWh]. W roku 2013 87% produkcji odbywało się już głównie w Azji przez co stopień emisji wzrósł do około 950 [gCO2e/kWh]. To spodowodowało obniżenie maksymalnej stopy zrównoważonego tempa rozwoju branży z 24% do 12%.

Jeśli jednak weźmiemy również pod uwagę zmiany w rozmieszczeniu geograficznym paneli słonecznych, to przy rosnącym odsetku zainstalowanych w regionach o wyższym nasłonecznieniu, maksymalna stopa zrównoważonego tempa rozwoju wzrośnie do około 16%. 2324

Bardziej aktualne analizy nie są dostępne, ale oczywistym jest że emisje CO2 z przemysłu fotowoltaicznego wzrosły w latach 2009–2014. Gdyby wszystkie panele słoneczne na świecie potraktować jak jedną dużą elektrownię, to nie wygenerowałaby ona żadnej energii netto, ani nie oszczędziłaby grama gazów cieplarnianych.

Rozwiązanie: Przemyślmy To Gdzie Produkujemy Fotowoltaikę i Gdzie Ją Stawiamy

Jasne jest, że równowagę emisji CO2 fotowoltaiki można by zbalansować ograniczając rozwój branży, ale nie jest to pożądane. Jeśli chcemy żeby energia słoneczna odegrała znaczącą rolę w transformacji energetycznej to musi jej przybywać. Powinniśmy się więc skupić na obniżeniu energii wcielonej paneli fotowoltaicznych, co automatycznie podniesie poziom zrównoważenia technologii. Jeśli czas zwrotu energetycznego będzie krótszy to oszczędności netto emisji pojawią się wcześniej, a branża będzie mogła rozwijać się szybciej.

image

Roczna równowaga netto CO2 przemysłu fotowoltaicznego wytwarzającego ogniwa na bazie krzemu krystalicznego, zilustrowana na podstawie rocznych stóp wzrostu dla różnych kombinacji miejsc wytwarzania i różnych miejsc instalacji. Źródło: Briner 2009.

Wcielona energia i emisja CO2 będą stopniowo maleć dzięki postępowi technologicznemu, który poprawi wydajność ogniw słonecznych i, miejmy nadzieję, wypracuje bardziej efektywne procesy wytwarzania. Powinien do tego przyczynić się również recyklingu paneli fotowoltaicznych, który obecnie praktycznie nie istnieje. Najważniejsze będzie jednak to, gdzie będą produkowane panele słoneczne i gdzie będą stawiane.

Lokalizacja produkcji i instalacji jest decydująca, ponieważ w analizie cyklu życiowego istnieją trzy parametry, które są zależne od położenia geograficznego: intensywność emisji CO2 energii elektrycznej użytej do produkcji, intensywność emisji CO2 energii, którą fotowoltaika zastępuje oraz nasłonecznienie w miejscu instalacji.16

Starannie wybierając miejsce produkcji i instalacji, moglibyśmy w spektakularny sposób poprawić stopień zrównoważenia energii słonecznej. Na przykład produkując ogniwa fotowoltaiczne w krajach o niskoemisyjnych sieciach energetycznych (Francja, Norwegia, Kanada, Hiszpania) i instalując je w krajach o wysokim nasłonecznieniu oraz posiadających wysokoemisyjne sieci energetyczne (Chiny, Indie, Bliski Wschód, Australia). Dzięki temu emisja gazów cieplarnianych energii słonecznej może spaść nawet do poziomu 6-9 [gCO2/kWh]. 14151620 Byłoby to 13 do 20 razy mniej CO2 na kWh niż kiedy wyprodukujemy ogniwa fotowoltaiczne w Chinach i zainstalujemy je w Niemczech.25

Zrównoważone tempo wzrostu wynoszące 300–460% jest możliwe, gdy moduły fotowoltaiczne są produkowane w krajach o niskoemisyjnych sieciach energetycznych i instalowane w krajach o wysokim nasłonecznieniu i sieciach o wysokiej emisji dwutlenku węgla

Pozwoliłoby to na osiągnięcie zrównoważonego tempa wzrostu na poziomie 300-460% rocznie, czyli znacznie powyżej tego co jest konieczne. Gdyby fotowoltaika rozwijała się średnio w tempie 100% rocznie, to zaspokojenie dzisiejszego zapotrzebowania na energię elektryczną zajęłoby jej mniej niż 10 lat. Gdyby rosła w tempie równym dzisiejszej, realnej maksymalnej stopie zrównoważonego wzrostu (16% rocznie, którą obliczyliśmy wcześniejj) zaspokoi ona zapotrzebowanie na prąd dopiero w 2045 r. (bez oszczędności netto CO2). Do tego czasu, zgodnie z prognozami, całkowite globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie ponad dwukrotnie. 26

Scenariusz, w którym ogniwa fotowoltaiczne produkowane i instalowane są w najbardziej korzystnych miejscach wymaga współpracy międzynarodowej i zdrowego systemu ekonomicznego. Niestety, dzisiaj nie możemy liczyć ani na jedno, ani na drugie. Produkcja paneli w Europie i USA spowoduje wzrost cen, a to może sprawić że kraje, w których są odpowiednie warunki do ich montażu nie będzie na nie stać.

image

Potencjał mitygacyjny emisji CO2 krzemowych ogniw fotowoltaicznych wyprodukowanych w Chinach i zainstalowanych w innych krajach. Źródło: Briner 2009.

Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie wytwarzanej na miejscu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, tak aby zaspokoić większe zapotrzebowanie na prąd zakładów produkujących ogniwa fotowoltaiczne - co może być korzystane w kraju o wysokoemisyjnej sieci energetycznej. Na przykład, jeśli energia elektryczna do produkcji ogniw słonecznych byłaby dostarczana przez inne ogniwa w Europie i Ameryce Północnej to wówczas emisja CO2 mogłaby spaść o 50–70%. 7 W Chinach taki spadek byłby nawet większy.

Inny pomysłem byłoby poświęcenie mocy elektrowni jądrowych wyłącznie na produkcję ogniw słonecznych. Ponieważ energia jądrowa jest mniej emisyjna niż energia z fotowoltaiki, może byłby to najszybszy, najtańszy i najłatwiejszy sposób na rozpoczęcie produkcji ogromnej ilości ogniw słonecznych bez zwiększania zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych. Jednak nie będzie to łatwe.

Za pomocą prądu z elektrowni jądrowej o mocy 1 GW może wyprodukowaći około 11 milionów metrów kwadratowych paneli słonecznych rocznie, co odpowiada 1.66 [GWp] energii słonecznej (w oparciu o często cytowaną średnią wartość 150 [W/m2]). Potrzebowalibyśmy więc 24 elektrownie jądrowe, lub ujmując to inaczej 1 na 20 elektrowni atomowych działających obecnie na świecie, pracujących w pełnym wymiarze godzin, żeby wyprodukować taką ilość ogniw jaka powstała tylko w roku 2013. 27

A co z Magazynowaniem Energii?

Dlaczego produkcja fotowoltaiki pochłania tak dużo energii? Ponieważ gęstość energetyczna (w tym przypadku chodzi o moc jaką może wytworzyć system fotowoltaiczny w przeliczeniu na 1 kg instalacji, przyp. tłum.) jest kilka rzędów wielkości niższa niż gęstość energetyczna paliw kopalnych. Co więcej sposób generowania mocy nie jest ciągły. Właśnie dlatego potrzeba znacznie bardziej rozbudowanej infrastruktury fotowoltaicznej, żeby wytworzyć tę samą ilość energii co ze spalania paliw kopalnych. Trzeba zdawać sobie sprawę, że nieciągłość produkcji energii słonecznej nie została wzięta pod uwagę w naszej analizie. Energia słoneczna nie zawsze jest dostępna co oznacza, że potrzebujemy zapasowego źródła prądu lub systemu jego magazynowania, aby móc skorzystać z energii gdy zajdzie taka potrzeba. Ten fakt nie jest brany pod uwagę w analizach cyklu życiowego fotowoltaiki, chociaż ma on duży wpływ na stopień zrównoważenia energii słonecznej.

To jak magazynować energię, przestało być już pytaniem czysto akademickim. Wielu producentów (m.in. Tesla) promuje baterie litowo-jonowe jako alternatywę dla systemów fotowoltaicznych podłączonych do centralnej sieci energetycznej. Baterie litowo-jonowe są bardziej kompaktowe i zaawansowane niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, powszechnie stosowane w instalacjach poza sieciowych. Sprzyja to rozwojowi domowych, poza sieciowych instalacji solarnych.

W kolejnym artykule zajmiemy się tym w jakim stopniu zrównoważone są systemy fotowoltaiczny wyposażone w baterie litowo-jonowe. Ale póki co, cieszmy się pięknym słońcem.

Kris De Decker (edycja Aaron Vansintjan)


  1. Utilities wage campaign against rooftop solar, Joby Warrick, The Washington Post, March 2015 

  2. Solar Power & Energy Storage: Policy Factors vs. Improving Economics(PDF), Morgan Stanley Blue Paper, July 28, 2014 

  3. Solar at grid parity in most of the world by 2017. Giles Parkinson. Renew economy, January 2015 

  4. Deutsche Bank’s 2015 solar outlook: accelerating investment and cost competitiveness, 2015 

  5. Renewables 2014 Global Status Report, REN21, 2014 

  6. Deutsche bank anticipates 2015 global solar PV demand at 54 GW. Solar Server. January 2015. 

  7. Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Erik Alsema, in Environmental Science & Technology, 2008, 42 (6), pp. 2168-2174 

  8. Renewable and Sustainable. Presentation at the Crystal Clear final event, Munich, M.J. De Wild-Scholten 

  9. Update of PV energy payback times and life-cycle greenhouse gas emissions (PDF), In: 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, Germany. Fthenakis V., Kim, H.C., Held, M., Raugei, M., Krones, J. 

  10. Life Cycle Inventories and Life Cycle Assessments of Photovoltaic Systems (PDF). IEA International Energy Agency, Report IEA-PVPS T12-02:2011. Vasilis Fthenakis. October 2011. 

  11. Crystalline Silicon and Thin Film Photovoltaic Results—Life Cycle Assessment Harmonization. National Renewable Energy Laboratory, 2013 

  12. It should be noted that the latest data are not yet confirmed because they are not yet in the public domain, but we nevertheless assume the value of 30 grams CO2e/kWh. 

  13. Domestic and overseas manufacturing scenarios of silicon-based photovoltaics: life cycle energy and environmental comparative analysis. Dajun Yue, Fengqi You, Seth B. Darling, in Solar Energy, May 2014 

  14. Technical Paper: Electricity-specific Emission Factors for Grid Electricity(PDF). Matthew Brander, Aman Sood, Charlotte Wylie, Amy Haughton, and Jessica Lovell. Ecometrica, August 2011 

  15. Life Cycle Inventories of Electricity Mixes and Grid, Version 1.3 (PDF). René Itten, Rolf Frischknecht, Matthias Stucki, Paul Scherrer Institut (PSI). June 2014. 

  16. The climate change mitigation potential of the solar PV industry: a life cycle perspective, Greg Briner, 2009 

  17. Current State of Development of Electricity-Generating Technologies: A Literature Review“, Manfred Lenzen, Energies, Volume 3, Issue 3, 2010. 

  18. Solar Crisis: Cheap Chinese Solar Panels Prove Defective, Wolf Richter, Oil Price, May 2013. 

  19. Optimizing Greenhouse Gas Mitigation Strategies to Suppress Energy Cannibalism (PDF). J.M. Pearce. 2nd Climate Change Technology Conference, May 12-15, 2009, Hamilton, Ontario, Canada. 

  20. Towards Real Energy Economics: Energy Policy Driven by Life-Cycle Carbon Emission, R. Kenny, C. Law, J.M. Pearce, Energy Policy 38, pp. 1969-1978, 2010 

  21. W artykule z 2009 r. [22] określono maksymalną stopę zrównoważonego wzrostu na 32%, zaś w artykule 2010 r. podano liczbę 41% [20]. Te wyniki oparte są na stopniu nasłonecznieniu wynoszącym 1700 [kWh/m2/rok], średnia dla Europy Południowej, a nie na faktycznym rozkładzie geograficznym paneli słonecznych.[22] 

  22. Energy Payback for Energy Systems Ensembles During Growth (PDF), Timothy Gutowski, Stanley Gershwin and Tonio Bounassisi, IEEE, International Symposium on Sustainable Systems and Technologies, Washington D.C., May 16-19, 2010 

  23. W 2013 roku samych tylko Chinach zainstalowano prawie jedną trzecią światowej fotowoltaiki, dodając tym samym rekordową wartość 12.9 [GW] mocy i zwiększając całkowitą moc fotowoltaiczną do 20 [GW]. [5] Panele słoneczne wyprodukowane i zainstalowane w Chinach oszczędzają tyle samo gazów cieplarnianych, co panele słoneczne wyprodukowane i zainstalowane w Europie; chiński przemysł jest bardziej emisyjny niż europejski, ale instalacje fotowoltaiczne w większym stopniu rekompensują emisje ze względu na to, że chińska energetyka zasilana jest przede wszystkim węglem kamiennym. Niestety, drugim co do wielkości producentem fotowoltaiki w 2013 r. była Japonia (7 GW nowej mocy), która ma zarówno stosunkowo czystą sieć energetyczną, jak i stosunkowo mało słońca. W swoich obliczeniach bilansu CO2 w 2008 r. w omawianym artykule uwzględniono średnie ważone nasłonecznienie wynoszące 1200 [kWh/m2/rok] (odzwierciedlające duży udział energii fotowoltaicznej zainstalowanej w Niemczech) i średnią ważoną intensywność wypartej emisji CO2 wynoszącą 500 [gCO2e/kWh] (odzwierciedlające znaczenie niemieckiej sieci elektrycznej). Dokonaliśmy takich samych obliczeń dla roku 2013 i uzyskaliśmy średnią zastąpioną emisję CO2 na 583 [gCO2/kWh] (tylko o 15% więcej niż w okresie 1998-2008) i średnie ważone nasłonecznienie wynoszące ok. 1250 [kWh/m2/rok] (tylko nieznacznie powyżej 1200 [kWh/m2/rok] w latach 1998–2008). Daje to nam tempo zrównoważonego wzrostu na poziomie 16% w 2013 roku. Liczba ta jest tylko szacunkowa, ponieważ nie znamy dokładnej lokalizacji zainstalowanych ogniw słonecznych. Co najważniejsze, nasłonecznienie w Chinach zmienia się w zależności od miejsca. Gdybyśmy wybrali maksymalne nasłonecznienie (2185 [kWh/m2/rok]) zamiast średniego nasłonecznienia (1577 [kWh/m2 /rok]), to uśrednione nasłonecznienie dla światowej fotowoltaiki w roku 2013 r. wzrosłoby z 1250 do 1465 [kWh/m2/rok]. 

  24. Liczby te nie uwzględniają zużycia energii na budowę fabryk ogniw słonecznych, które może być znaczne przy wysokim tempie rozwoju branży. Aby dokonać uczciwego porównania, to samo należy zrobić w przypadku energii elektrycznej wytwarzanej z paliw kopalnych. Jednak uwzględnienie tych danych zmniejszyłaby przewagę fotowoltaiki nad paliwami kopalnymi, ponieważ produkcja systemów solarnych o mocy 1 GW wymaga znacznie więcej energii niż budowa elektrowni węglowej czy gazowejo mocy 1 GW. Elektrownie konwencjonalne mają również dłuższą żywotność. Ponadto wyższa emisyjność CO2 z konwencjonalnej sieci energetycznej zwiększyłaby również emisyjność CO2 produkcji ogniw. 

  25. W przypadku ogniw wyprodukowanych w Chinach i zainstalowanych we Francji lub Norwegii bilans CO2 jest ujemny (nie ma żadnych oszczędność netto na emisji, przyp. tłum.) 

  26. Nie oznacza to, że energia słoneczna powinna dostarczać całą energię elektryczną, ponieważ mamy również dostępne inne źródła energii odnawialnej. Chcemy pokazać, że czasy zwrotu energii i czas rekompensaty emisji CO2 decydują o tym, czy energia słoneczna z fotowoltaiki jest, i w jakim zakresie, rozwiązaniem lub problemem. 

  27. Obliczenia te oparte są na zużyciu energii wynoszącej 5700 MJ na jeden m2 wyprodukowanych ogniw słonecznych. Ponieważ źródło tych danych pochodzi z 1998 r. [28], liczbę tę zmniejszyliśmy o połowę, aby uwzględnić postęp technologiczny, który wykonała branża. Może to być zbyt optymistyczne, ale efektywność energetyczna produkcji będzie się dalej poprawiać (chociaż coraz wolniej). 

  28. Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects, E.A. Alsema, in “Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibitionon photovoltaics solar energy conversion”, July 1998. 

440.14KB