Tồn tại lâu dài? Có khả năng tái chế cao? Ưu tiên cho các tấm pin mặt trời trong nền kinh tế tuần hoàn

Tồn tại lâu dài? Có khả năng tái chế cao? Ưu tiên cho các tấm pin mặt trời trong nền kinh tế tuần hoàn

    Tồn tại lâu dài? Có khả năng tái chế cao? Ưu tiên cho các tấm pin mặt trời trong nền kinh tế tuần hoàn
    bởi Harrison Dreves, Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia

    Long-lived? Highly recyclable? Priorities for solar panels in a circular economy
    Sử dụng các dự báo triển khai PV từ Nghiên cứu tương lai năng lượng mặt trời của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và PV trong công cụ Kinh tế vòng tròn, các nhà nghiên cứu của NREL đã mô hình hóa dòng vật liệu mô-đun PV đến năm 2050. Khối lượng của các mô-đun PV dự kiến ​​sẽ được lắp đặt (đường chấm) và khối lượng của các mô-đun cuối vòng đời (đường đứt nét) được hiển thị cho một kịch bản cơ sở trong đó các mô-đun PV có tuổi thọ 35 năm được triển khai. Tín dụng: Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia


    Để đáp ứng mục tiêu khử cacbon năm 2050, Hoa Kỳ sẽ cần lắp đặt các mô-đun quang điện mặt trời (PV) gấp 20 lần so với số lượng lắp đặt hiện nay. Trong khi bất kỳ cách tiếp cận nào sẽ đòi hỏi một quy mô lớn sản xuất và lắp đặt PV, nghiên cứu mới của NREL cho thấy rằng các mô-đun PV có tuổi thọ cao hơn có thể giảm bớt số lượng vật liệu và sản xuất cần thiết.

    Đây là một trong những phát hiện quan trọng của một nhóm các nhà nghiên cứu NREL, những người đã thực hiện một trong những phân tích định lượng đầu tiên về cách tuổi thọ của mô-đun PV và tỷ lệ tái chế có thể ảnh hưởng đến dòng chảy của vật liệu PV đến năm 2050 trong lưới điện 100% cacbon hóa của Hoa Kỳ. Mô hình của họ về các kịch bản "cái-nếu" khác nhau được trình bày chi tiết trong một bài báo mới trên tạp chí PLOS ONE, "Các ưu tiên kinh tế tròn cho quang điện trong quá trình chuyển đổi năng lượng."

    Silvana Ovaitt, một nhà sản xuất năng lượng sạch cho biết: “PV là không có trí tuệ về tính bền vững như một nguồn năng lượng sạch, nhưng vẫn còn những lo ngại về chất thải, tác động vật chất và công bằng năng lượng, đặc biệt là xem xét việc sản xuất PV phải phát triển nhanh như thế nào để đáp ứng các mục tiêu khử cacbon”, Silvana Ovaitt, một Nhà nghiên cứu tính bền vững của NREL PV và là tác giả của bài báo. "Với công việc này, chúng tôi hy vọng sẽ đưa những thách thức này vào quan điểm và định lượng các giải pháp tiềm năng."

    Heather Mirletz, tác giả chính của bài báo cho biết: "Khi xem xét một chuỗi cung ứng PV bền vững, có xu hướng chuyển thẳng sang tái chế, khi có rất nhiều đòn bẩy kinh tế tuần hoàn khác để thử trước tiên, như mở rộng vòng đời", Heather Mirletz, tác giả chính của bài báo cho biết. bằng Tiến sĩ sinh viên tại Colorado School of Mines. "Nhóm phát triển bền vững PV của chúng tôi nhận được rất nhiều câu hỏi về việc cấp lại nguồn điện lắp đặt PV hiện có và tái chế PV. Cuối cùng, chúng tôi muốn tư vấn cách thiết kế và triển khai PV theo cách bền vững nhất có thể, vì vậy trước tiên chúng tôi cần hiểu các dòng vật liệu trong bối cảnh của quá trình chuyển đổi năng lượng. "

    Làm thế nào tuổi thọ mô-đun và tỷ lệ tái chế thúc đẩy vật liệu mới và chất thải

    Trong số 336 kịch bản mà các tác giả đã xem xét, kết hợp một loạt tuổi thọ của mô-đun và tỷ lệ tái chế, hai kịch bản thể hiện giới hạn trên và giới hạn dưới của các phương pháp tiếp cận có thể có đối với nền kinh tế tuần hoàn của mô-đun PV — các mô-đun có tuổi thọ kéo dài 50 năm và thời gian tồn tại ngắn hơn, Mô-đun 15 năm với tỷ lệ tái chế vòng kín cao (có nghĩa là vật liệu được tái sử dụng trong các mô-đun mới thay vì được chia nhỏ thành các sản phẩm đơn giản hơn). Chúng được so sánh với kịch bản cơ sở giả định tuổi thọ của mô-đun là 35 năm và tỷ lệ tái chế thấp phản ánh công nghệ hiện tại. Mặc dù các mô-đun 15 năm không chắc đã được sản xuất và các mô-đun 50 năm vẫn chưa có sẵn, hai kịch bản đóng vai trò là điểm so sánh.


    Bài báo này đã xem xét dòng chảy khối lượng của các vật liệu mô-đun khác nhau cho nhu cầu vật liệu và chất thải vòng đời. Khi công cụ PV ICE tiếp tục phát triển, nó cũng sẽ có thể xem xét các yếu tố khác, chẳng hạn như dòng năng lượng, tác động môi trường và các tác động xã hội. Tín dụng: Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia
    Tuổi thọ mô-đun dài hơn có thể làm giảm nhu cầu vật liệu mới 3% so với kịch bản cơ sở bằng cách giảm nhu cầu triển khai năng lượng mặt trời bổ sung để đạt được các mục tiêu tương tự ở Hoa Kỳ. Do các mô-đun có tuổi thọ ngắn cần thêm 1,2 terawatt mô-đun thay thế để duy trì công suất tạo PV cho đến năm 2050, chúng phải đạt tỷ lệ tái chế vòng kín 95% hoặc cao hơn để tránh yêu cầu số lượng vật liệu mới lớn hơn so với kịch bản cơ sở 35 năm . Việc mô hình hóa chỉ được coi là dòng vật liệu cho các mô-đun silicon tinh thể, vốn thống trị thị trường PV ngày nay, nhưng nó có thể được áp dụng cho các công nghệ PV khác.

    Mặc dù mô hình này tập trung vào các dòng vật chất - chưa xem xét các khía cạnh như nhu cầu năng lượng và cường độ carbon của sản xuất, công bằng và kinh tế - các tác giả đã lưu ý ba xu hướng quan trọng:

    Các mô-đun có tuổi thọ cao không chỉ làm giảm nhu cầu về vật liệu mới mà còn cung cấp thời gian gia hạn dài hơn để phát triển và thực hiện các quy trình tái chế hoặc tái sản xuất cuối vòng đời, vì nó sẽ lâu hơn cho đến khi chúng bắt đầu nghỉ hưu.
    Các mô-đun có tuổi thọ ngắn hơn phải đạt được tỷ lệ thu hồi và tái chế / tái sản xuất cao để tránh tiêu thụ thêm vật liệu mới.
    Kính chiếm phần lớn (theo khối lượng) của các mô-đun PV ngày nay. Khi phát triển các quy trình tái chế hoặc tái sản xuất, điều quan trọng sẽ là xem xét thủy tinh PV để đảm bảo nguồn cung cấp thủy tinh chất lượng cao ổn định ngoài silicon và kim loại. 

    Teresa Barnes, một tác giả về bài báo và là người quản lý Nhóm Hiệu suất Hệ thống và Độ tin cậy PV của NREL cho biết: “Tuổi thọ mô-đun dài hơn giúp đạt được các mục tiêu triển khai PV của chúng tôi để khử cacbon”. "Chúng tôi có thể tránh thay thế dư thừa và sản xuất bổ sung bằng cách xây dựng hệ thống ngay lần đầu tiên. Việc tái chế các mô-đun có tuổi thọ ngắn nghe có vẻ hấp dẫn, nhưng tính toán cân bằng khối lượng và công suất của chúng tôi cho thấy nó có thể hạn chế công suất PV. Nghiên cứu sắp tới của chúng tôi về cân bằng năng lượng sẽ hướng dẫn chúng tôi thêm các con đường thành công và bền vững nhất để triển khai PV. "

    Công cụ do NREL phát triển mở ra thông tin chi tiết mới

    Để lập mô hình các dòng vật liệu PV đến năm 2050, nhóm NREL đã sử dụng một công cụ mà họ tạo ra được gọi là PV trong Nền kinh tế Thông tư (PV ICE). PV ICE sử dụng dữ liệu mới nhất từ ​​ngành PV để lập mô hình dòng nguyên liệu PV trong vài thập kỷ tới, giúp dự đoán tác động của các xu hướng thị trường khác nhau, sự phát triển công nghệ và chính sách của chính phủ.

    Được phát triển bởi một nhóm nhỏ trong Nhóm độ tin cậy PV của NREL, công cụ mã nguồn mở bao gồm hai phần chính. Phần đầu tiên là một tập hợp các tệp dữ liệu thu thập các thuộc tính chính của các mô-đun PV ngày nay — và các dự đoán cho các mô-đun trong tương lai — bao gồm số lượng vật liệu khác nhau mà chúng chứa, tuổi thọ dự kiến ​​và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của chúng, cùng những thứ khác. Phần thứ hai là một mô hình theo dõi cách các mô-đun, vật liệu và năng lượng chứa chúng sẽ di chuyển trong vòng đời PV.

    Zalo
    Hotline