Солнечный PV — это источник энергии, который вырабатывает электроэнергию из возобновляемых источников, полученную непосредственно из солнечной радиации с помощью полупроводникового устройства, называемого фотогальванической ячейкой. Этот тип энергии используется в основном для производства электроэнергии в больших масштабах через распределительные сети, но также позволяет подавать бесчисленные приложения и автономные устройства, а также предоставлять горные убежища или изолированные дома из электрической сети. В связи с растущим спросом на возобновляемые источники энергии производство солнечных батарей и фотогальванических установок значительно улучшилось за последние годы. Они начали массовое производство с 2000 года, когда защитники окружающей среды немцы и организация Eurosolar обеспечили финансирование для создания десяти миллионов солнечных крыш.

Фотогальваническая энергия не выделяет никаких загрязнений во время ее эксплуатации, что способствует предотвращению выбросов парниковых газов. Его главный недостаток заключается в том, что его производство зависит от солнечной радиации, поэтому, если ячейка не выровнена перпендикулярно Солнцу, вы теряете между 10-25% энергии падающего излучения. В результате использование солнечных трекеров было популяризировано на установках для подключения к сети, чтобы максимизировать производство энергии. На продукцию также влияют неблагоприятные погодные условия, такие как отсутствие солнца, облаков или грязи, которые осаждаются на панелях. Это означает, что для обеспечения электроснабжения необходимо дополнить эту энергию другими управляемыми источниками энергии, такими как электростанции, основанные на сжигании ископаемого топлива, гидроэнергетической энергии или ядерной энергии.

Благодаря технологическим достижениям, изысканности и экономии масштаба стоимость солнечной энергии на солнечной энергии неуклонно снижалась, поскольку были построены первые коммерческие солнечные элементы, что повысило эффективность и привело к тому, что средняя стоимость производства электроэнергии была уже конкурентоспособной с обычными источниками энергии в растущее число географических регионов, достигающих паритета сети. В настоящее время стоимость электроэнергии, производимой на солнечных установках, составляет от 0,05 до 0,10 долл. США за кВтч в Европе, Китае, Индии, Южной Африке и Соединенных Штатах. В 2015 году были достигнуты новые результаты в проектах в Объединенных Арабских Эмиратах (0,0584 долл. / КВт-ч), Перу (0,048 долл. / КВт-ч) и Мексике (0,048 долл. / КВт-ч). В мае 2016 года солнечный аукцион в Дубае достиг цены 0.03 $ / кВтч.

Применение фотогальванической солнечной энергии

Крупномасштабное промышленное производство фотоэлектрических панелей взлетели в 1980-х годах, и среди его многочисленных применений можно выделить:

Телекоммуникации и сигнализация
Фотоэлектрическая солнечная энергия идеально подходит для телекоммуникационных применений, в том числе для станций местной телефонной связи, антенн радио и телевидения, радиостанций ретрансляционных станций и других электронных линий связи. Это связано с тем, что в большинстве телекоммуникационных применений используются аккумуляторные батареи, и электрическая установка обычно выполняется в постоянном токе (DC). На холмистой и горной местности радио и телевизионные сигналы могут быть помешаны или отражены из-за волнистой местности. В этих местах установлены низкомощные передатчики (LPT) для приема и повторной передачи сигнала среди местного населения.

Фотоэлектрические элементы также используются для питания систем экстренной связи, например, на телефонах SOS (Emergency phone) на дорогах, железнодорожной сигнализации, маяке для авиационной защиты, метеорологических станциях или системах мониторинга для данных об окружающей среде и качестве. воды.

Изолированные устройства
Снижение энергопотребления интегральных схем позволило в конце 1970-х годов использовать солнечные элементы в качестве источника электроэнергии в калькуляторах, таких как Royal Solar, Sharp EL-8026 или Teal Photon.

Кроме того, другие фиксированные устройства, которые используют энергию фотоэлектричества, видели их использование в последние десятилетия, в тех местах, где стоимость подключения к электрической сети или использование одноразовых батарей является чрезмерно дорогостоящей. Эти приложения включают, например, солнечные лучи, водяные насосы, парковочные счетчики, аварийные телефоны, мусороуплотнители, сигналы временных или постоянных станций загрузки трафика или системы удаленного мониторинга.

Электрическая электрификация
В изолированных средах, где требуется небольшая электроэнергия, и доступ к сети затруднен, фотогальванические панели используются в качестве экономически жизнеспособной альтернативы в течение десятилетий. Чтобы понять важность этой возможности, стоит иметь в виду, что примерно четверть населения мира по-прежнему не имеет доступа к электроэнергии.

В развивающихся странах многие деревни расположены в отдаленных районах, в нескольких километрах от ближайшей сети электроснабжения. В результате фотовольтаическая энергия все чаще внедряется для обеспечения питания домам или медицинским учреждениям в сельских районах. Например, в отдаленных районах Индии программа освещения в сельской местности обеспечивала освещение с использованием светодиодных ламп, работающих от солнечной энергии, для замены керосиновых ламп. Цена солнечных ламп была примерно такой же, как и стоимость поставки керосина в течение нескольких месяцев. Куба и другие страны Латинской Америки работают над обеспечением фотоэлектрической энергии в районах, далеких от обычного электроснабжения. Это области, в которых социальные и экономические выгоды для местного населения являются отличной причиной для установки фотоэлектрических панелей, хотя обычно такие инициативы были отнесены к конкретным гуманитарным усилиям.

Насосные системы
PV также используется для подачи перекачиваемой воды для орошения, питьевой воды в сельских районах и воды для скота или систем опреснения воды.

Фотогальванические насосные системы (например, питаемые от ветровой энергии) очень полезны, когда невозможно получить доступ к общей электрической сети или является непомерно высокой ценой. Их стоимость, как правило, дешевле из-за их более низких эксплуатационных и эксплуатационных расходов, и они имеют меньшее воздействие на окружающую среду, чем насосные системы, работающие на двигателях внутреннего сгорания, которые также имеют более низкую надежность.

Используемые насосы могут быть либо переменным током (переменным током), либо постоянным током (постоянным током). Обычно двигатели постоянного тока используются для малых и средних применений мощностью до 3 кВт, в то время как для больших применений двигатели переменного тока используются с инвертором, который преобразует ток постоянного тока из фотогальванических панелей для его использования. Это позволяет измерять системы от 0,15 кВт до более 55 кВт мощности, которые могут использоваться для обеспечения комплексных систем орошения или хранения воды.

Гибридные солнечно-дизельные системы
Из-за снижения затрат на фотогальваническую солнечную энергию также расширяется использование гибридных солнечно-дизельных систем, объединяя эту энергию с дизель-генераторами для непрерывного и стабильного производства электроэнергии. Эти типы установок обычно оснащены вспомогательным оборудованием, таким как батареи и специальные системы управления, чтобы обеспечить постоянство электроснабжения системы в любое время.

Из-за его экономической жизнеспособности (транспортировка дизельного топлива до уровня потребления обычно является дорогостоящим) во многих случаях старые генераторы заменяются фотогальваническими, а новые гибридные объекты спроектированы таким образом, что они позволяют использовать солнечный ресурс всякий раз, когда он , что сводит к минимуму использование генераторов, тем самым уменьшая воздействие на окружающую среду производства электроэнергии в отдаленных сообществах и объектах, которые не подключены к электрической сети. Примером этого могут служить добывающие компании, чьи операции обычно находятся на открытых месторождениях, вдали от крупных населенных пунктов. В этих случаях совместное использование фотовольтаики позволяет значительно снизить зависимость от дизельного топлива, позволяя экономить до 70% стоимости энергии.

Этот тип систем также может использоваться в сочетании с другими источниками производства возобновляемой энергии, такими как энергия ветра.

Транспорт и морская навигация
Хотя фотовольтаика до сих пор широко не используется для обеспечения тяги на транспорте, она все чаще используется для обеспечения дополнительной мощности на судах и автомобилях. Некоторые автомобили оснащены кондиционером, работающим на фотоэлектрических панелях, чтобы ограничить внутреннюю температуру в жаркие дни, в то время как другие гибридные прототипы используют их для подзарядки своих батарей без необходимости подключения к электросети. В нем широко продемонстрирована практическая способность проектировать и изготавливать солнечные двигатели, лодки и самолеты, считающиеся наиболее жизнеспособным автомобильным транспортом для фотогальваники.

Solar Impulse — это проект, посвященный разработке самолета, созданного исключительно солнечной энергией. Прототип может летать в течение дня, который движется солнечными батареями, которые покрывают его крылья, в то же время, когда он заряжает батареи, которые позволяют ему оставаться в воздухе ночью.

Солнечная энергия также широко используется в маяках, буях и морских навигационных маяках, рекреационных транспортных средствах, системах зарядки для электрических аккумуляторов кораблей и системах катодной защиты. Замена электромобилей становится все более важной. 94

Фотовольтаика, встроенная в здания
Многие фотогальванические установки часто расположены в зданиях: они обычно располагаются на существующей крыше или интегрированы в элементы собственной конструкции здания, такие как световые люки, световые люки или фасады.

Альтернативно, фотоэлектрическая система также может быть физически расположена отдельно от здания, но подключена к электрической установке для обеспечения мощности. В 2010 году более 80% фотоэлектрических систем мощностью 9000 МВт, которые к тому времени находили в Германии, были установлены на крышах.

Строительство интегрированной фотоэлектрической системы (BIPV) все чаще включается в качестве основного или вторичного источника электрической энергии в новых внутренних и промышленных зданиях и даже в других архитектурных элементах, например, в виде мостов. Кровельные плитки со встроенными фотогальваническими ячейками также довольно распространены в этом типе интеграции.

Согласно исследованию, опубликованному в 2011 году, использование тепловидения показало, что солнечные панели, если есть открытый зазор, через который воздух может циркулировать между панелями и крышей, обеспечивают пассивный эффект охлаждения на зданиях в течение дня, а также помогают сохраняйте накапливаемое тепло в течение ночи.

Фотовольтаическое подключение к сети
Одно из основных применений фотоэлектрической солнечной энергии, более развитое в последние годы, состоит из электростанций, подключенных к сетке для электроснабжения, а также фотоэлектрических систем самообслуживания, как правило, с меньшей мощностью, но также подключенных к электрической сети.

Фотогальванические системы
Фотоэлектрическая система или солнечная фотоэлектрическая система — это энергосистема, предназначенная для обеспечения полезной солнечной энергии с помощью фотогальваники. Он состоит из нескольких компонентов, в том числе солнечных панелей для поглощения и прямого преобразования солнечного света в электричество, солнечного инвертора для изменения электрического тока от постоянного тока до переменного тока, а также для монтажа, подключения кабелей и других электрических принадлежностей. Системы PV варьируются от небольших, монтируемых на крыше или встроенных систем мощностью от нескольких до нескольких десятков киловатт, до крупных электростанций большой мощности сотен мегаватт. В настоящее время большинство PV-систем связаны с сеткой, в то время как автономные системы составляют лишь небольшую часть рынка.

Встроенные системы крыши и здания
Фотогальванические массивы часто связаны со зданиями: либо встроены в них, либо установлены на них, либо установлены поблизости на земле. Системы PV на крыше чаще всего монтируются в существующие здания, обычно устанавливаемые поверх существующей конструкции крыши или на существующих стенах. В качестве альтернативы, массив может быть расположен отдельно от здания, но подключен кабелем к источнику питания для здания. Строительная интегрированная фотогальваника (BIPV) все чаще включается в крышу или стены новых бытовых и промышленных зданий в качестве основного или вспомогательного источника электроэнергии. Иногда используются черепица с интегрированными фотоэлементами. Если есть открытый зазор, в котором может циркулировать воздух, установленные на крыше солнечные панели могут обеспечить пассивный эффект охлаждения на зданиях в течение дня, а также накапливать накопленное тепло ночью. Как правило, жилые системы на крыше имеют малую мощность около 5-10 кВт, а коммерческие системы крыши часто составляют несколько сотен киловатт. Хотя системы крыши намного меньше, чем наземные электростанции, работающие на общей мощности, они обеспечивают большую часть установленной в мире установленной мощности.

Концентратор фотогальваники
Концентрационная фотогальваника (CPV) — это фотоэлектрическая технология, которая вопреки обычным плоскопараллельным фотоэлектрическим системам использует линзы и изогнутые зеркала для фокусировки солнечного света на небольшие, но высокоэффективные многолучевые (MJ) солнечные элементы. Кроме того, системы CPV часто используют солнечные трекеры, а иногда и систему охлаждения для дальнейшего повышения их эффективности. Текущие исследования и разработки быстро улучшают свою конкурентоспособность в сегменте коммунальных услуг и в районах с высокой солнечной инсоляцией.

Фотогальванический тепловой гибридный солнечный коллектор
Фотоэлектрический тепловой гибридный солнечный коллектор (PVT) — это системы, которые преобразуют солнечную радиацию в тепловую и электрическую энергию. Эти системы объединяют солнечный фотоэлемент, который преобразует солнечный свет в электричество, с солнечным тепловым коллектором, который захватывает оставшуюся энергию и удаляет отработанное тепло от модуля PV. Улавливание как электричества, так и тепла позволяет этим устройствам иметь более высокий уровень эксергии и, таким образом, более экономично, чем солнечная фотоэлектрическая или солнечная тепловая энергия.

Электростанции
Во всем мире были построены многие солнечные фермы, основанные на коммунальных услугах. С 2015 года солнечная звезда мощностью 579 мегаватт (MWAC) является крупнейшей в мире фотоэлектрической электростанцией, за которой следуют солнечная ферма Desert Sunlight и солнечная ферма Топаз, мощностью 550 МВт, построенная американской компанией First Solar, используя модули CdTe, тонкопленочную PV-технологию. Все три электростанции расположены в калифорнийской пустыне. Многие солнечные фермы по всему миру интегрированы с сельским хозяйством, а некоторые используют инновационные системы солнечного слежения, которые следуют дневному пути солнца по небу, чтобы генерировать больше электроэнергии, чем обычные стационарные системы. Во время эксплуатации электростанций нет затрат топлива или выбросов.

Электрификация сельских районов
Развивающиеся страны, в которых многие деревни часто находятся на расстоянии более пяти километров от электросети, все чаще используют фотогальванику. В отдаленных районах Индии программа освещения в сельской местности обеспечивает освещение светодиодов на солнечной энергии для замены керосиновых ламп. Лампы на солнечной энергии были проданы примерно за несколько месяцев поставки керосина. Куба работает над обеспечением солнечной энергии для районов, которые находятся вне сети. Более сложные приложения использования солнечной энергии вне сети включают в себя 3D-принтеры. 3D-принтеры RepRap оснащены солнечной батареей с фотоэлектрической технологией, которая позволяет распределенное производство для устойчивого развития. Это те области, где социальные издержки и выгоды дают прекрасную возможность для солнечной энергетики, хотя отсутствие прибыльности отбросило такие усилия для гуманитарных усилий. Однако в 1995 году солнечные проекты по электрификации сельских районов оказались трудными для поддержания из-за неблагоприятной экономики, отсутствия технической поддержки и наследия скрытых мотивов передачи технологии «север-юг».

Автономные системы
До тех пор, пока десять лет назад PV часто использовалась для питания калькуляторов и устройств новизны. Улучшения в интегральных схемах и жидкокристаллических дисплеях с низким энергопотреблением позволяют в течение нескольких лет приводить в действие такие устройства между заменами батареи, что делает использование PV менее распространенным. Напротив, удаленные стационарные устройства с солнечной батареей в последнее время все чаще используются в местах, где значительная стоимость подключения делает сеть крайне непостоянной. Такие приложения включают солнечные лампы, водяные насосы, парковочные счетчики, аварийные телефоны, мусороуборочные комбайны, временные дорожные знаки, зарядные станции и удаленные охранные стойки и сигналы.

Floatovoltaics
В мае 2008 года Винный завод Far Niente в Оквилле, Калифорния, впервые в мире выпустил «плаватоэлектрическую» систему, установив 994 фотоэлектрических солнечных батарей на 130 понтонов и плавая на оросительном водоеме винодельни. Плавающая система генерирует около 477 кВт пиковой мощности и в сочетании с массивом ячеек, расположенных рядом с прудом, способна полностью компенсировать потребление электроэнергии на винодельне. Основное преимущество плаватоэлектрической системы состоит в том, что она избегает необходимости жертвовать ценным земельным участком, который может быть использован для другой цели. В случае с Винным заводом Far Niente плавающая система сэкономила три четверти акров, которые потребовались бы для наземной системы. Вместо этого эту землю можно использовать для сельского хозяйства. Другим преимуществом плаватоэлектрической системы является то, что панели сохраняются при более низкой температуре, чем на суше, что приводит к более высокой эффективности преобразования солнечной энергии. Плавающие панели также уменьшают количество воды, теряемой при испарении, и препятствуют росту водорослей.

В транспорте
PV традиционно используется для электроэнергии в космосе. PV редко используется для обеспечения движущей силы в транспортных применениях, но все чаще используется для обеспечения дополнительной мощности на лодках и автомобилях. Некоторые автомобили оснащены солнечной системой кондиционирования воздуха для ограничения внутренних температур в жаркие дни. Автономное солнечное транспортное средство будет иметь ограниченную мощность и полезность, но электрическое транспортное средство с солнечной батареей позволяет использовать солнечную энергию для транспортировки. Были продемонстрированы автомобили на солнечных батареях, лодки и самолеты, причем наиболее практичными и вероятными из них являются солнечные автомобили. Швейцарский солнечный самолет Solar Impulse 2 обеспечил самый длинный беспосадочный сольный полет в истории и планирует совершить первую солнечную кругосветку на солнечной энергии в 2015 году.

Телекоммуникации и сигнализация
Солнечная энергия PV идеально подходит для телекоммуникационных приложений, таких как местная телефонная станция, радио- и телевещание, микроволновая печь и другие формы электронных линий связи. Это связано с тем, что в большинстве телекоммуникационных приложений уже используются аккумуляторные батареи, а электрическая система — в основном DC. В холмистой и горной местности радио и телевизионные сигналы могут не доходить, поскольку они блокируются или отражаются обратно из-за волнообразной местности. В этих местах установлены низкомощные передатчики (LPT) для приема и повторной передачи сигнала для местного населения.

Космические аппараты
Панели солнечных батарей на космических аппаратах обычно являются единственным источником энергии для запуска датчиков, активного нагрева и охлаждения и связи. Аккумулятор сохраняет эту энергию для использования, когда солнечные панели находятся в тени. В некоторых случаях мощность также используется для двигателей с двигателем-электрическим двигателем. Космический корабль был одним из ранних применений фотогальваники, начиная с кремниевых солнечных элементов, используемых на спутнике Vanguard 1, запущенного США в 1958 году. С тех пор солнечная энергия использовалась в миссиях, начиная от зонда MESSENGER и Mercury, до далеко в Солнечной системе, как зонд Юноны к Юпитеру. Самая большая солнечная энергетическая система, пролетевшая в космосе, — это электрическая система Международной космической станции. Чтобы увеличить мощность, вырабатываемую за килограмм, типичные солнечные батареи космических аппаратов используют дорогостоящие, высокоэффективные и плотноупакованные прямоугольные многолучевые солнечные элементы из арсенида галлия (GaAs) и других полупроводниковых материалов.

Специальные энергетические системы
Фотовольтаики также могут быть включены в качестве устройств преобразования энергии для объектов при повышенных температурах и с предпочтительными излучательными излучениями, такими как гетерогенные камеры сгорания.

преимущества
122 PW солнечного света, достигающего поверхности Земли, обильно — почти в 10 000 раз больше, чем 13 TW эквивалент средней мощности, потребляемой в 2005 году людьми. Это изобилие приводит к предположению, что недолго, пока солнечная энергия не станет основным источником энергии в мире. Кроме того, солнечная электрическая генерация имеет наивысшую плотность мощности (глобальное среднее значение 170 Вт / м2) среди возобновляемых источников энергии.

Солнечная энергия не загрязняет окружающую среду во время использования, что позволяет ей сокращать загрязнение, когда оно заменяется другими источниками энергии. Например, Массачусетский технологический институт подсчитал, что 52 000 человек в год умирают преждевременно в США от загрязнения угольной электростанции, и все, кроме одной из этих смертей, могут быть предотвращены от использования PV для замены угля. Конечные отходы производства и выбросы могут управляться с использованием существующих мер контроля загрязнения. В настоящее время разрабатываются технологии рециркуляции в конце использования и разрабатываются стратегии, которые поощряют рециркуляцию от производителей.

Установка PV может работать в течение 100 лет или даже больше с небольшим обслуживанием или вмешательством после их первоначальной настройки, поэтому после первоначальной капитальной стоимости строительства любой солнечной электростанции эксплуатационные расходы чрезвычайно низки по сравнению с существующими энергетическими технологиями.

Солнечное электричество, подключенное к сети, может использоваться локально, что снижает потери при передаче / распределении (потери передачи в США в 1995 году составляли примерно 7,2%).

По сравнению с ископаемыми и ядерными источниками энергии в разработку солнечных батарей вкладывается очень мало исследовательских денег, поэтому есть значительные возможности для улучшения. Тем не менее экспериментальные высокоэффективные солнечные элементы уже имеют эффективность более 40% в случае концентрации фотогальванических элементов, а эффективность быстро растет, а затраты на массовое производство быстро падают.

В некоторых штатах США большая часть инвестиций в систему, смонтированную на дому, может быть потеряна, если хозяин хозяина движется, а покупатель ставит меньше стоимости в системе, чем продавец. Город Беркли разработал инновационный метод финансирования, чтобы устранить это ограничение, добавив налоговую оценку, которая передается домой для оплаты солнечных батарей. Теперь, известная как PACE, Property Assessed Clean Energy, 30 штатов США дублировали это решение.

Есть свидетельства, по крайней мере, в Калифорнии, что наличие солнечной системы, смонтированной на дому, может фактически увеличить стоимость дома. Согласно статье, опубликованной в апреле 2011 года Национальной лабораторией Эрнеста Орландо Лоуренса Беркли под названием «Анализ воздействия жилых фотоэлектрических энергетических систем на цены на внутренние продажи в Калифорнии:

Исследование находит убедительные доказательства того, что дома с PV-системами в Калифорнии продаются за премию за сопоставимые дома без PV-систем. Более конкретно, оценки средних премий PV варьируются от примерно 3,9 до 6,4 долл. США за установленный ватт (DC) среди большого числа различных спецификаций моделей, причем большинство моделей объединяются около 5,5 долл. / Ватт. Это значение соответствует премии в размере приблизительно 17 000 долл. США для относительно новой системы фотоэлектричества мощностью 3100 ватт (средний размер PV-систем в исследовании).
Ограничения

Влияние на электрическую сеть
С увеличением уровня фотоэлектрических систем на крыше поток энергии становится двухсторонним. Когда есть больше местного поколения, чем потребление, электричество экспортируется в сетку. Однако электрическая сеть традиционно не предназначена для решения двухсторонней передачи энергии. Поэтому могут возникнуть некоторые технические проблемы. Например, в Квинсленде, Австралия, к концу 2017 года насчитывалось более 30% домашних хозяйств с крышей PV. Знаменитая калифорнийская кривая утки 2020 часто появляется для многих общин с 2015 года. Проблема перенапряжения может возникать по мере того, как электричество течет из этих домашних хозяйств PV обратно в сеть. Существуют решения для решения проблемы избыточного напряжения, такие как регулирование коэффициента мощности инвертора PV, новое оборудование для управления напряжением и энергией на уровне распределителя электроэнергии, повторный проводник электрических проводов, управление спросом и т. Д. Часто существуют ограничения и издержки, связанные с эти решения.

Влияние на управление спросом на электроэнергию и энергетические инвестиции
В энергетическом или энергетическом спросе и управлении счетами нет серебряной пули, потому что клиенты (сайты) имеют разные конкретные ситуации, например, различные потребности в комфорте / комфорте, различные тарифы на электроэнергию или различные схемы использования. Тариф на электроэнергию может иметь несколько элементов, таких как ежедневный доступ и плата за дозатор, заряд энергии (на основе кВтч, МВт-ч) или пиковый спрос (например, цена на самое высокое 30-минутное потребление энергии в месяц). PV является перспективным вариантом снижения энергозатрат, когда цена на электроэнергию достаточно высока и постоянно растет, например, в Австралии и Германии. Однако для сайтов с пиковой нагрузкой на потребление PV может быть менее привлекательным, если пиковые потребности в основном происходят в конце дня до раннего вечера, например, в жилых сообществах. В целом, инвестиции в энергетику в значительной степени являются экономическим решением, и лучше принимать инвестиционные решения на основе систематической оценки вариантов оперативного улучшения, энергоэффективности, генерации и хранения энергии на месте.

Воздействие на окружающую среду

производство
Экологическое воздействие кремниевой технологии и тонкопленочной технологии типично для производства полупроводников с соответствующими химическими и энергоемкими этапами. Производство высокочистого кремния в кремниевой технологии является решающим из-за высокого потребления энергии и количества вторичных веществ. Для сверхчистого кремния 1 кг производится до 19 кг вторичных веществ. Поскольку сверхчистый кремний в основном производится субподрядчиками, выбор поставщиков с точки зрения экологических аспектов имеет решающее значение для экологической эффективности модуля.

В тонкопленочных технологиях очистка технологических камер является чувствительной проблемой. Здесь частично используются вредные вещества трифторида азота и гексафторида серы. При использовании тяжелых металлов, таких как технология CdTe, утверждается короткое время окупаемости энергии на основе жизненного цикла.

операция
В 2011 году Баварское государственное управление по охране окружающей среды подтвердило, что солнечные модули CdTe не представляют опасности для людей и окружающей среды в случае пожара.

Из-за абсолютной свободы от выбросов в эксплуатации фотоэлектричество имеет очень низкие внешние затраты. Если для производства электроэнергии из угля и лигнита они составляют от 6 до 8 куб. / КВт-ч, для фотогальванических систем они составляют всего около 1 куб. / КВтч (2000 год). Это заключение экспертного заключения Германского аэрокосмического центра и Института системных и инновационных исследований Фраунгофера. Для сравнения, следует упомянуть значение 0,18 куб.см / кВтч внешних издержек для солнечных тепловых электростанций, о котором также упоминалось.

Баланс парниковых газов
Даже если нет работы даже при выбросах CO 2e, тогда фотоэлектрические системы еще не могут присутствовать CO 2e, произведенные, транспортируемые и собранные без использования. В зависимости от технологии и местоположения расчетные выбросы CO 2e фотогальванических систем в 2013 году составляют от 10,5 до 50 г CO 2e / кВтч, со средними значениями от 35 до 45 г CO 2e / кВтч. Недавнее исследование, проведенное с 2015 года, показало средние значения 29,2 г / кВтч. Эти выбросы обусловлены сжиганием ископаемых видов топлива, особенно при производстве солнечных установок. При дальнейшем расширении возобновляемых источников энергии в рамках глобальной трансформации в устойчивые источники энергии баланс парниковых газов будет таким образом автоматически улучшаться. Также снижение выбросов происходит из-за технологической кривой обучения. Исторически сложилось так, что выбросы сократились на 14% за удвоение установленной мощности (по состоянию на 2015 год).

После всестороннего сопоставления Рурского университета Бохум с 2007 года СО составлял 2 эмиссии в фотогальванике, которые все еще составляли 50-100 г / кВтч, и особенно используемые модули и местоположение были решающими. Для сравнения это было 750-1200 г / кВтч для угольных электростанций, 400-550 г / кВтч для газовых электростанций ПГУ, 10-40 г / кВтч для ветровой энергии и гидроэнергии и 10-30 г / кВтч для (без окончательной утилизации), а также в солнечной тепловой энергии в Африке при 10-14 г / кВтч.

Энергетическая амортизация
Период окупаемости энергии фотогальванической энергии является периодом, в течение которого фотоэлектрическая система доставляла такое же количество энергии, которая необходима на протяжении всего жизненного цикла; для производства, транспортировки, строительства, эксплуатации и демонтажа или переработки.

В настоящее время (по состоянию на 2013 год) составляет от 0,75 до 3,5 лет, в зависимости от местоположения и используемой фотоэлектрической технологии. Модули CdTe лучше всего работали на 0,75-2,1 года, а модули аморфного кремния были на 1,8-3,5 года выше среднего. Моно- и многокристаллические системы, а также заводы на базе СНГ составляли от 1,5 до 2,7 лет. Предполагалось, что продолжительность жизни исследования составляет 30 лет для модулей на основе кристаллических кремниевых элементов и от 20 до 25 лет для тонкопленочных модулей, а срок службы инверторов — 15 лет. К 2020 году считается, что срок окупаемости энергии 0,5 года или менее для установок для производства кристаллических кремний на юге Европы считается достижимым.

При использовании в Германии энергия, необходимая для производства фотогальванической системы, восстанавливается в солнечных батареях примерно через два года. Коэффициент урожайности составляет не менее 10 при типичных условиях облучения в Германии, вероятно, дальнейшее улучшение. Срок службы составляет от 20 до 30 лет. Со стороны производителей модулям обычно предоставляются гарантии производительности на 25 лет. Энергоемкую часть солнечных элементов можно повторно использовать в 4-5 раз.

Потребление земли
Системы PV преимущественно сконструированы на существующих крышах и участках движения, что не приводит к дополнительным требованиям к пространству. С другой стороны, на открытом воздухе в виде солнечных парков есть дополнительное пространство для использования, часто уже предварительно загрязненные районы. B. районы конверсии (из военного, экономического, транспортного или жилого использования), районы вдоль автомагистралей и железнодорожных путей (в полосе 110 м), районы, которые обозначены как коммерческая или промышленная зона или запечатанные территории (бывшие полигоны, автостоянки и т. Д. .) используются. Если фотоэлектрические системы возводятся на сельскохозяйственных землях, которые в настоящее время не поддерживаются в Германии, может возникнуть конкуренция за использование. Однако следует учитывать, что солнечные парки имеют гораздо более высокий энергетический урожай по сравнению с образованием биоэнергии на той же территории. Солнечные парки обеспечивают примерно в 25-65 раз больше электроэнергии на единицу площади в качестве энергетических культур.

Утилизация фотоэлектрических модулей
До сих пор единственным перерабатывающим предприятием (специализированным пилотным заводом) для кристаллических фотоэлектрических модулей в Европе было во Фрайберге, Саксония. Компания Sunicon GmbH (ранее Solar Material), дочерняя компания SolarWorld, достигла массового коэффициента утилизации для модулей в среднем на 75% в 2008 году с пропускной способностью ок. 1200 тонн в год. Объем отходов PV-модулей в ЕС в 2008 году составил 3500 тонн в год. Благодаря обширной автоматизации производительность ок. Планируется 20 000 тонн в год.

Для создания добровольной общенациональной системы рециркуляции в масштабах всей страны солнечная промышленность в 2007 году учредила совместную инициативу Ассоциации PV CYCLE. По оценкам, к 2030 году в ЕС ожидается около 130 000 тонн устаревших модулей в год. В ответ на общее неудовлетворительное развитие, начиная с 24 января 2012 года, солнечные модули также подверглись поправке к директиве об электронных отходах. Для промышленности PV, поправка предусматривает, что 85 процентов проданных солнечных модулей должны быть собраны и 80 процентов переработаны. К 2014 году все государства-члены ЕС-27 должны перенести Положение в национальное законодательство. Цель состоит в том, чтобы заставить производителей отвечать за предоставление структур для переработки. Предпочтительно разделение модулей с другими электроприборами. Существующие структуры сбора и переработки также будут расширены.