9 Miljöpåverkan av solcellssystem

Enkelt uttryckt diskuterar vi effekterna av solenergisystem på miljön när vi diskuterar solcellers miljöpåverkan.

Solen är en enorm energikälla som bara nyligen har upptäckts. Det erbjuder rikliga resurser som kan producera hållbar, ren och icke-förorenande el, vilket innebär att det inte finns några utsläpp som bidrar till den globala uppvärmningen.

Det har visat sig under de senaste åren att solenergi kan fångas upp och lagras för användning globalt med hopp om att så småningom ersätta traditionella energikällor. Med allas uppmärksamhet skiftat till grönare energikällor har solenergi blivit allt viktigare.

För närvarande står solenergi för 1.7 % av den globala elproduktionen. Både produktionsteknikerna och de använda materialen har sett betydande framsteg.

Miljöpåverkan av solcellsanläggningar

Innan solenergi kan användas som en verkligt ren energikälla, måste några miljöhinder fortfarande åtgärdas. Bland dem finns

• Markanvändning
• Vattenanvändning
• Effekter på vatten, luft och markresurser
• Farliga material
• Produktion av solpaneler
• Halvledarrengöring
• Föroreningar och solavfall
• Miljörisker med gruvdrift
• Miljöpåverkan av transport av solpaneler 

1. Markanvändning

Större solcellsinstallationer i stor skala kan orsaka oro livsmiljöförlust och markförstöring, beroende på var de finns. Den totala markytan som behövs varierar beroende på teknik, plats, topografi och solresursintensitet.

Solcellssystem i allmännyttiga skala beräknas kräva mellan 3.5 och 10 tunnland per megawatt, medan CSP-anläggningar beräknas kräva mellan 4 och 16.5 tunnland per megawatt.

Solcellsanläggningar har mindre chans att samexistera med jordbruk än vindanläggningar. Solsystem i nyttoskala kan dock minska deras negativa effekter på miljön genom att installeras i mindre önskvärda områden, såsom bruna fält, tidigare gruvor eller befintliga överförings- och trafikledningar.

Mindre solcellspaneler har mindre inflytande på markanvändningen och kan installeras på bostäder eller kommersiella fastigheter.

2. Vattenanvändning

Solceller kan generera el utan behov av vatten. Ändå används en del vatten i produktionen av solcellskomponenter, precis som i alla andra tillverkningsprocesser.

Vatten är nödvändigt för kylning i koncentrerad solvärmeanläggningar (CSP), som det är i andra termiska elektriska anläggningar. Typen av kylsystem, anläggningens placering och anläggningsdesign påverkar alla hur mycket vatten som används.

För varje genererad megawattimme ström tar CSP-anläggningar med kyltorn och våtrecirkulerande teknik bort 600–650 liter vatten. Eftersom vatten inte går förlorat som ånga, har CSP-anläggningar som använder engångskylningsteknik högre vattenuttagsnivåer men lägre total vattenanvändning.

Nästan 90 % mindre vatten används i CSP-anläggningar när torrkylningsteknik implementeras. Lägre effektivitet och ökade kostnader är dock kostnaderna förknippade med dessa vattenbesparingar. Dessutom minskar effektiviteten hos torrkylningstekniken dramatiskt över 100 grader Fahrenheit.

3. Effekter på vatten, luft och markresurser

Storskalig utveckling av solenergianläggningar kräver hyvling och röjning, vilket ändrar dräneringsvägar, packar ihop marken och ökar erosionen.

Vattenförbrukning i centrala tornsystem för kylning är ett problem i torra miljöer eftersom ökande vattenbehov kan belasta tillgängliga förråd och leda till kemikalieutsläpp från anläggningarna som kan förorena grundvattnet eller omgivningen.

Att bygga solenergianläggningar kan utgöra risker för luftkvaliteten, ungefär som att utveckla ett stort industrikomplex. Dessa faror inkluderar spridningen av sjukdomar som bärs av marken och en ökning av luftburna partiklar som förorenar vattenförsörjningen.

4. Farliga material

Många farliga föreningar används i PV-cellproduktionsprocessen; majoriteten av dessa material används för att rengöra och rena halvledarytan. Dessa ämnen inkluderar saltsyra, svavelsyra, salpetersyra, vätefluorid, 1,1,1-trikloretan och aceton.

De är jämförbara med de som används i den allmänna halvledarbranschen. Typen av cell, graden av rengöring som krävs och storleken på kiselskivan påverkar alla mängden och typen av kemikalier som används.

Det finns oro för arbetare som andas in kiseldamm. För att förhindra arbetarnas exponering för giftiga kemikalier och för att garantera att tillverkande avfallsprodukter kasseras på lämpligt sätt, måste PV-tillverkare följa USA:s regler.

Jämfört med konventionella fotovoltaiska kiselceller innehåller tunnfilms PV-celler flera mer farliga komponenter, såsom galliumarsenid, kopparindiumgalliumdiselenid och kadmiumtellurid. Otillräcklig hantering och bortskaffande av dessa föremål kan innebära betydande risker för miljön eller folkhälsan.

Tillverkare är därför ekonomiskt motiverade att se till att dessa extremt värdefulla och ofta ovanliga material återvinns i stället för att kasseras.

5. Produktion av solpaneler

Tillverkningen av solpaneler använder mycket resurser, inklusive industrimaterial, fossila bränslen och stora volymer vatten. Den huvudsakliga energikällan som används vid tillverkning av solpaneler är kol, som är direkt relaterat till högre koldioxidutsläpp.

I processen att tillverka solpaneler används både natriumhydroxid och fluorvätesyra. Strikta regler om hantering och eliminering av farligt avloppsvatten är nödvändiga för båda dessa. Under tiden måste arbetare vid anläggningar som producerar solpaneler skyddas från dessa farliga ämnen. Detta innebär kontrollerade skyddsåtgärder.

Enligt undersökningar släpps kiselpartiklar ut i miljön under produktionsprocessen och orsakar silikos hos dem som man vet kommer i kontakt med dem. Det har visat sig att individer som exponeras för kiselpartiklar under produktionsprocessen kan utveckla silikos.

6. Halvledarrengöring

Fotovoltaiska (PV) celler är gjorda av halvledarskivor som rengörs med giftiga kemiska ämnen. Dessa består av svavelsyra och fluorvätesyror.

För att eliminera skador och skapa rätt ytstruktur är denna rengöringsprocess avgörande. Fluorvätesyra, å andra sidan, kan fräta vävnad och avkalka ben, vilket gör det dödligt för en oskyddad person. Det måste hanteras och kasseras mycket försiktigt.

Eftersom natriumhydroxid är lättare att hantera och kassera och utgör en mindre risk för anställdas hälsa, kan det vara ett säkrare alternativ.

7. Föroreningar och solavfall

Eftersom de första installerade uppsättningarna av paneler först nu börjar ta slut, har problemet med att återvinna föråldrade solpaneler inte fått mycket uppmärksamhet. Hanteringen av utgångna solcellspaneler blir en kritisk fråga nu när deras utgångsdatum närmar sig.

Även om bly och kadmium finns i solpaneler - som båda är kända för att orsaka cancer - består de huvudsakligen av glas. Som ett resultat finns det oro för föroreningars säkerhet. Borttagning av föroreningar kommer att kosta extra för att återvinna dessa komponenter.

För närvarande slängs ofta föråldrade solpaneler i deponier eftersom de inte lätt kan återanvändas. Eftersom panelerna innehåller skadliga kemikalier finns det betydande miljöfaror förknippade med denna teknik.

Regnvatten har potential att släppa ut och skölja bort kadmium, som sedan sipprar ner i jorden och förorenar den omgivande miljön.

8. Miljörisker med gruvdrift

Majoriteten av modern teknik använder sällsynta mineraler i sin tillverkning. I likhet med detta använder solcellspaneler över 19 av dessa ovanliga mineraler.

Dessa är begränsade resurser som ihärdigt skördas på många platser över hela världen. När nationer arbetar för att öka produktionen av förnybar energi och tillfredsställa konsumenternas efterfrågan på teknik, finns det en otroligt hög efterfrågan på dessa mineraler.

Forskning visar att det inte kommer att finnas tillräckligt med indium, en komponent som används i solcellspaneler, för att möta den enorma efterfrågan och bränsle till denna gröna revolution.

Dessa resultat är alarmerande, och påverkan av gruvdrift gör dem ännu mer. Det har visat sig att gruvdrift orsakar sjunkhål, förlust av biologisk mångfald, och förgiftning av närliggande vattenströmmar av extremt surt metallavfall.

9. Miljöpåverkan av transport av solpaneler 

Transportrelaterade utsläpp från solpaneler utgör ett ytterligare problem. Även om de tillverkas över hela världen, produceras solpaneler mestadels i Kina, USA och Europa. Dessutom kan delar till solpaneler tillverkade i en nation behöva skickas till en annan.

Ärligt talat är det utmanande att uppskatta det exakta koldioxidavtryck associerat med varje steg i produktionsprocessen av någon form av solpanel. Effekterna av produktion av solpaneler på miljön har inte studerats eller dokumenterats i detalj.

Men enligt rapporter Koalition för öppenhet i materialforskning försöker kvantifiera och avslöja koldioxidavtrycken från gruvdrift, tillverkning och frakt av solpaneler.

Det är anmärkningsvärt att mängden koldioxidutsläpp som genereras vid produktion av solpaneler är mycket lägre än den för konventionella energianläggningar och mycket lägre än den för kolbrytning, fracking, eller oljeborrning.

Ett vanligt problem med solpaneler är dock vad som händer med dem efter deras typiska 25-åriga livslängd, vilket går utöver produktionen.

Slutsats

Även om solenergi inte är felfri har den generellt sett en positiv nettopåverkan på miljön och ekonomin.

Ja, brytning och produktion av solpaneler kräver enorma mängder energi, och ja, processen involverar användning av kemikalier. Men i motsats till vad uppgifterna indikerar, innebär dessa två obestridliga fakta inte att solpaneler har en negativ nettoeffekt.

Om mindre än två år kommer energin som används för att producera en solpanel att återvinnas. Även när solenergi beaktas under produktions- och bearbetningsskedet är de producerade utsläppen 3–25 gånger lägre än när samma mängd energi produceras med fossila bränslen. 

att använda solenergi har färre utsläpp än att använda något fossilt bränsle, särskilt kol, vilket gör det till en mycket fördelaktig teknik.

Rekommendationer

• Åtgärda energiavbrott med bärbara solenergilösningar
  .
• När solenergi fortsätter att växa kan du förvänta dig det överallt
  .
• Hur fungerar incitament för förnybar energi?
  .
• 13 Miljöpåverkan från industriellt jordbruk
  .
• Att utnyttja solen, vinden och vågorna: förnybar energis roll i klimatförändringsstriden