Penilaian Siklus Hidup (LCA) Panel PV Silikon

Sumber: appropedia.org

Latar Belakang

Teknologi energi alternatif seperti modul fotovoltaik (Gambar 1) menjadi lebih populer di seluruh dunia. Dalam 2008, untuk pertama kalinya, investasi dunia dalam sumber energi alternatif menarik lebih banyak investor daripada bahan bakar fosil, menghasilkan $ 155 miliar dalam modal bersih dibandingkan $ 110 miliar investasi baru dalam minyak, gas alam dan batubara. Tenaga surya saja menghasilkan $ 6. 5 miliar di seluruh dunia dalam pendapatan 2004, dan diperkirakan hampir tiga kali lipat dengan proyeksi pendapatan $ 18. 5 miliar untuk 2010.

Teknologi energi alternatif menjadi semakin populer di seluruh dunia karena kesadaran dan kepedulian yang lebih besar tentang polusi, dan perubahan iklim global. Teknologi energi alternatif menawarkan pilihan baru untuk mendapatkan energi yang bermanfaat dari sumber yang memiliki dampak lingkungan yang lebih sedikit di planet ini. Tapi apalagi?

Tinjauan yang diterbitkan sebelumnya tentang analisis energi bersih fotovoltaik berbasis silikon^[1]menemukan bahwa semua jenis PV berbasis silikon (amorf, polikristalin, dan kristal tunggal) menghasilkan jauh lebih banyak energi selama masa pakainya daripada yang digunakan dalam produksinya. Semua silikon PV modern membayar sendiri dalam hal energi dalam waktu kurang dari 5 tahun - bahkan dalam skenario penyebaran yang sangat suboptimal.

Artikel ini mengeksplorasi semua dampak lingkungan yang terkait dengan produksi dan penggunaan panel silikon photovoltaic (PV) seumur hidup.

Apa itu Life Cycle Assessment (LCA)

Penilaian Siklus Hidup (LCA) mengevaluasi dampak lingkungan dari suatu produk atau proses dari produksi hingga pembuangan^[2]. LCA menyelidiki input bahan dan energi yang diperlukan untuk memproduksi dan menggunakan produk, emisi yang terkait dengan penggunaannya, dan dampak lingkungan dari pembuangan atau daur ulang. LCA juga dapat menyelidiki biaya eksternal, seperti mitigasi lingkungan, yang diperlukan oleh produksi atau penggunaan suatu produk^[3].

Sejarah Singkat Tenaga Surya

Sel fotovoltaik pertama dibangun oleh Charles Fritts, yang membangun sel 30-cm dari selenium dan emas di 1883^[4]. Teknologi photovoltaic silikon modern ditemukan di 1954 oleh para peneliti di Bell Labs, yang secara tidak sengaja mengembangkan persimpangan pn yang memungkinkan fotovoltaik menghasilkan listrik yang berguna^[5]. Di 1958, NASA mulai menggunakan fotovoltaik sebagai sistem tenaga cadangan untuk satelitnya^[4]Rumah bertenaga surya pertama dibangun di University of Delaware di 1973, dan proyek fotovoltaik skala megawatt pertama dipasang di California di 1984^[4].

Analisis Siklus Silikon Panel PV

Bagian berikut berisi analisis siklus hidup singkat dari panel PV silikon. Faktor-faktor siklus hidup yang dibahas meliputi: energi yang dibutuhkan untuk produksi, emisi karbon dioksida siklus hidup, dan semua emisi polusi yang dihasilkan di seluruh panel PV, berguna dari: transportasi, instalasi, operasi, dan pembuangan.

Persyaratan Energi untuk Produksi

Memproduksi fotovoltaik merupakan langkah paling intensif dari modul PV yang dipasang. Seperti terlihat pada Gambar 2, sejumlah besar energi digunakan untuk mengubah pasir silika menjadi silikon dengan kemurnian tinggi yang diperlukan untuk wafer fotovoltaik. Perakitan modul PV adalah langkah intensif sumber daya lainnya dengan penambahan framing aluminium konten energi tinggi dan atap kaca.

Dampak lingkungan dari modul fotovoltaik silikon melibatkan produksi tiga komponen utama: bingkai, modul, dan komponen keseimbangan sistem seperti rak dan inverter^[3]. Gas rumah kaca sebagian besar disebabkan oleh produksi modul (81%), diikuti oleh keseimbangan sistem (12%) dan bingkai (7%)^[3]). Persyaratan sumber daya dari siklus produksi dirangkum dalam Gambar 3.

Gambar 3: Siklus produksi dan sumber daya yang diperlukan dari modul silikon^[6].

Emisi Karbon Dioksida Seumur Hidup

Emisi karbon dioksida siklus hidup mengacu pada emisi yang disebabkan oleh produksi, transportasi, atau pemasangan bahan yang terkait dengan sistem fotovoltaik. Selain modul itu sendiri, instalasi khas termasuk kabel listrik dan rak logam. Sistem fotovoltaik yang dipasang di tanah juga mencakup fondasi beton. Instalasi jarak jauh mungkin memerlukan infrastruktur tambahan untuk transmisi listrik ke jaringan listrik lokal. Selain bahan, analisis siklus hidup harus mencakup karbon dioksida yang dipancarkan dari kendaraan selama pengangkutan modul fotovoltaik antara pabrik, gudang, dan lokasi instalasi. Gambar 4 membandingkan kontribusi relatif dari faktor-faktor ini terhadap dampak karbon dioksida seumur hidup dari lima jenis modul fotovoltaik^[7].

Gambar 4:Emisi karbon dioksida seumur hidup untuk instalasi fotovoltaik skala besar, dikategorikan menurut komponen. Grafik ini membandingkan modul silikon monokristalin khas (m-Si (a)), silikon monokristalin efisiensi tinggi (m-Si (b)), kadmium telurium (CdTe), dan modul tembaga indium selenium (CIS). Grafik oleh penulis, berdasarkan[7].

Emisi Transportasi

Transportasi menyumbang sekitar 9% dari siklus hidup fotovoltaik^[7]. Modul fotovoltaik, rak, dan perangkat keras sistem keseimbangan (seperti kabel, konektor, dan braket pemasangan) sering diproduksi di luar negeri dan diangkut ke Amerika Serikat dengan kapal^[8].Di Amerika Serikat, komponen-komponen ini diangkut dengan truk ke pusat distribusi dan akhirnya ke lokasi pemasangan.

Emisi instalasi

Emisi yang terkait dengan instalasi termasuk emisi kendaraan, konsumsi material, dan konsumsi listrik yang terkait dengan kegiatan konstruksi lokal untuk menginstal sistem. Kegiatan-kegiatan ini menghasilkan kurang dari 1% dari total siklus hidup dari sistem fotovoltaik^[8].

Emisi Operasi

Tidak ada emisi udara atau air yang dihasilkan selama penggunaan modul PV. Airsheds terkena dampak selama konstruksi modul PV dari pelarut dan emisi alkohol yang berkontribusi pada pembentukan ozon fotokimia. Daerah aliran sungai dipengaruhi oleh pembangunan modul dari ekstraksi sumber daya alam seperti kuarsa, silikon karbida, kaca, dan aluminium. Secara keseluruhan, penggantian listrik jaringan di seluruh dunia saat ini dengan sistem PV pusat akan menyebabkan pengurangan 89-98% dalam emisi gas rumah kaca, polutan kriteria, logam berat, dan spesies radioaktif^[9].

Emisi Pembuangan

Pembuangan modul fotovoltaik silikon tidak menimbulkan dampak yang signifikan karena instalasi skala besar hanya digunakan sejak pertengahan 1980' s dan modul fotovoltaik memiliki masa hidup sekurang-kurangnya 30 tahun^[4]. Fthenakis et al. (2005)^[2]secara khusus mengidentifikasi kurangnya data yang tersedia tentang pembuangan atau daur ulang modul fotovoltaik, sehingga topik ini memerlukan penyelidikan yang lebih menyeluruh.

LCA Fotovoltaik Dibandingkan dengan Sumber Energi Lain

Total emisi siklus hidup yang terkait dengan produksi energi fotovoltaik lebih tinggi daripada tenaga nuklir tetapi lebih rendah daripada produksi energi bahan bakar fosil. Emisi gas rumah kaca siklus hidup dari beberapa teknologi pembangkit energi tercantum di bawah ini:^[3].

• Silicon PV: 45 g / kWh

• Batubara: 900 g / kWh

• Gas alam: 400-439 g / kWh

• Nuklir: 20-40 g / kWh

Selama masa hidup 20-30 tahun mereka, modul surya menghasilkan lebih banyak listrik daripada yang dikonsumsi selama produksi mereka. Waktu pengembalian energi mengkuantifikasi masa manfaat minimum yang diperlukan untuk modul surya untuk menghasilkan energi yang digunakan untuk menghasilkan modul. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1, waktu pengembalian energi rata-rata adalah 3-6 tahun.

Tabel 1: Energy Pay Back Times (EPBT) dan Energy Return Factor (ERF) dari modul PV yang dipasang di berbagai lokasi di seluruh dunia^[6].

Kesimpulan

Panel PV silikon memiliki dampak lingkungan siklus hidup yang rendah dibandingkan dengan sebagian besar bentuk energi konvensional seperti batubara dan gas alam. Emisi karbon terbesar yang disebabkan oleh penggunaan panel PV adalah yang terkait dengan produksi modul. Energy Pay Back Times (EPBT) bervariasi antara 3 dan 6 tahun untuk berbagai iklim matahari di seluruh dunia. Secara keseluruhan, panel PV silikon membayar biaya energi dimuka produksi yang diperlukan jauh sebelum masa manfaatnya dan merupakan generator energi bersih untuk sebagian besar masa manfaatnya.

Referensi