太阳能光伏是清洁能源代表，那么你知道太阳能电池板的碳足迹吗？

原创零碳达人立青绿建节能方向标2022-10-31 07:53发表于上海

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我们知道太阳能电池板被认为是清洁和绿色的，但它们到底有多干净？虽然与其他可再生能源相比，太阳能电池板在其生命周期的某些阶段是造成碳排放的原因，但它仍然只是天然气和煤炭等化石燃料产生的排放的一小部分。在这里，我们来看看太阳能电池板的碳足迹。

计算碳足迹

与化石燃料不同，太阳能电池板在产生能量的同时不会产生排放——这就是为什么它们是目前正在进行的清洁能源转型的重要组成部分，以减少总体温室气体排放和减缓气候变化。

然而，导致太阳能发电的生产步骤确实会产生排放，从金属和稀土矿物的开采到面板生产过程，再到原材料和成品面板的运输。因此，在确定太阳能电池板的净碳足迹时，有必要考虑几个因素，包括用于生产电池板的材料是如何获得的，电池板是如何制造的，以及电池板的预期寿命。

矿业材料

硅被开采用于太阳能电池板的生产

太阳能电池板的基本组件是太阳能电池，通常由硅半导体制成，可捕获太阳热量并将其转化为可用能量。它们由正硅层和负硅层组成，它们吸收阳光并通过在太阳能电池的正负层之间移动电子来产生电流。该电流通过太阳能电池板的导电金属网格线发送。每个太阳能电池还涂有防止反射的物质，以便电池板吸收最大的阳光。

除了硅，太阳能电池板还使用稀土和贵金属，如银、铜、铟、碲，以及用于太阳能电池存储的锂。开采所有这些物质会产生温室气体排放，并会污染空气、土壤和水。

很难量化这些排放量，因为在衡量和报告与关键矿物和金属的提取、加工和运输相关的碳足迹时，透明度会有所不同。一组研究中心成立了材料研究透明度联盟，试图通过制定评估采矿碳排放的全行业标准来解决这个问题。不过，到目前为止，这项工作仍处于早期阶段。

太阳能电池板的类型

太阳能电池板不止一种类型，不同的电池板具有不同的碳足迹。今天的两种类型的商业太阳能电池板是单晶和多晶 - 都由硅电池制成，但生产方式不同。根据能源部的说法，这些太阳能模块的能量转换效率从 18% 到 22% 不等。

单晶电池由单片硅制成，切成小而薄的晶片并连接到面板上。这些是最常见的，并且具有最高的效率。然而，由于制造单晶硅的过程很复杂，这些产生的排放量最高。另一方面，多晶太阳能电池涉及将硅晶体熔化在一起，这需要更少的能量，因此产生的排放更少。4

薄膜太阳能是第三种技术，它可以使用多种材料中的一种，包括碲化镉、一种硅或铜铟镓硒 (CIGS) 来发电。但到目前为止，薄膜面板缺乏晶体硅面板的效率。

新兴的太阳能技术寻求进一步提高太阳能光伏效率。当今开发中最有前途的新光伏太阳能技术之一涉及一种称为钙钛矿的材料。钙钛矿晶体的结构在吸收阳光方面非常有效，在室内和阴天吸收太阳光方面比硅更好。由钙钛矿制成的薄膜可能会导致面板的效率和多功能性更高；它们甚至可以涂在建筑物和其他表面上。最重要的是，钙钛矿有可能以硅成本的一小部分制造，并且使用更少的能源。

绿建节能专员

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制造和运输

然而，目前最常见的是晶硅板：2017 年，它们占据了美国太阳能光伏市场约 97% 的份额，同时也占据了全球市场的绝大多数份额。78然而，硅板的制造过程会产生大量排放。虽然硅本身很丰富，但它必须在极高温度下在电炉中熔化，然后才能应用于面板。该过程通常依赖于化石燃料的能源，尤其是煤炭。

怀疑论者指出，在硅生产中使用化石燃料证明太阳能电池板并不能完全减少碳排放——但事实并非如此。尽管硅代表了太阳能电池板生产过程中的能源密集型部分，但产生的排放量远不及化石燃料能源的排放量。

另一个考虑因素围绕着太阳能电池板的生产地点。在过去的二十年里，中国的硅面板产量大幅增长。在中国，该过程中使用的能源大约有一半来自煤炭——远远超过欧洲和美国。10随着制造业越来越集中在中国，这引起了人们对光伏面板相关排放的担忧。

交通排放带来了另一个挑战。原材料的开采通常远离制造设施，而制造设施又可能远离安装地点的大陆和海洋。

阿贡国家实验室和西北大学 2014 年的一项研究发现，与同时在欧洲制造和安装的太阳能电池板相比，中国制造并安装在欧洲的硅太阳能电池板的碳足迹将增加一倍，因为中国的碳足迹来自制造中使用的能源以及与如此长距离运输成品太阳能电池板相关的排放足迹。

但研究人员表示，如果中国采取更严格的环境法规作为其减排承诺的一部分，中国与其他主要制造基地之间的排放差距可能会随着时间的推移而缩小。

美国、欧盟和其他地方还推动在国内扩大光伏供应链和生产，这将减少对中国的依赖。

面板的使用寿命

太阳能电池板的使用寿命是决定其碳足迹的另一个重要因素。太阳能行业通常保证电池板的使用寿命在 25 到 30 年之间，而能源回收时间——电池板偿还其在提取、制造和运输过程中产生的排放所产生的“碳债务”所需的时间——通常介于一年和三年，具体取决于位置和接收到的阳光量等因素。这意味着在短暂的投资回收期之后，面板通常可以产生数十年的无碳电力。

尽管较旧的太阳能电池板肯定会随着时间的推移而失去效率，但它们仍然可以在超出保修期的几年内产生大量能量。国家可再生能源实验室 2012 年的一项研究发现，太阳能电池板的能量输出率通常每年仅下降 0.5%。

测量太阳能电池板在其生命周期内的碳足迹还必须考虑它在其生产寿命结束时的处置方式——以及某些太阳能电池板是否被过早拆除。

澳大利亚最近的一项研究发现，后者经常出现，在面板达到生产寿命结束之前更换面板有许多激励措施。作者引用了政府鼓励安装较新面板的激励措施以及太阳能公司通过简单更换整个光伏系统来处理受损面板的趋势的组合。此外，人们通常希望在使用几年后更换他们的系统，以换取更新、更高效、更节能的系统。澳大利亚的后果是废弃太阳能电池板造成的电子废物增长惊人。

回收为处置问题提供了部分解决方案，但当废弃的面板必须长距离运输到回收设施时，它有可能增加碳足迹。研究作者得出结论，延长太阳能电池板的使用寿命对于解决与报废电池板处置相关的排放和废物挑战至关重要。

太阳能电池板与标准电力

虽然不可否认太阳能电池板有碳足迹，但它仍然无法抵消化石燃料发电产生的碳排放和其他环境影响。

2017 年发表在 Nature Energy 上的一项研究对可再生和不可再生能源进行了生命周期评估，发现太阳能、风能和核能的碳足迹都比化石燃料产生的能源低很多倍。即使考虑到资源开采、运输和生产等“隐藏”排放源也是如此——当然，这些排放源也与化石燃料有关。该研究发现，即使部署了碳捕获和储存 (CCS) 技术，煤炭在其生命周期内产生的碳足迹是太阳能的 18 倍，而天然气的排放足迹是太阳能的 13 倍。

随着时间的推移，太阳能电池板的生产变得更加高效，正在进行的研发不断寻求提高效率，同时降低成本和排放。

太阳能对环境有多好？

碳排放只是评估太阳能电池板对环境影响的重要因素之一。虽然太阳能的产生本身是无污染的，但太阳能依赖于不可再生的金属和矿物。这涉及污染采矿作业，并经常导致栖息地和生物多样性丧失，因为矿山和道路是通过原始地区建造的，以促进设备和原材料的运输。

与任何形式的能源生产一样，有些人会比其他人遭受更大的不利影响——例如，那些居住在采矿作业或燃烧化石燃料的面板制造设施附近的人。废弃面板产生的电子垃圾还会产生其他影响。

然而，当我们考虑太阳能电池板与化石燃料产生的能源对环境的总体影响时，这是无可争议的：太阳能在碳排放和污染方面的影响要有限得多。尽管如此，随着世界向低碳能源转型，重要的是不断改进旨在最大限度减少影响的标准和实践，同时以更公平的方式分配不可避免的环境负担。