太阳能电池板的碳足迹是什么?概述和排放

我们知道太阳能电池板被认为是干净环保的，但它们到底有多干净呢?

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会产生碳排放，但与天然气和煤炭等化石燃料产生的碳排放相比，这只是一小部分。在这里，我们来看看太阳能电池板的碳足迹。

计算碳足迹

与化石燃料不同的是，太阳能电池板在发电时不会产生排放物，这就是为什么它们是目前正在进行的清洁能源转型中如此重要的组成部分，以削减整体温室气体排放，减缓气候变化。

然而，生产步骤导致太阳能发电确实造成排放，从金属及稀土矿物的开采到面板生产过程中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。

挖掘材料

太阳能电池板的基本部件是太阳能电池，它通常由硅半导体制成，可捕获并将太阳的热量转化为可用的能量。它们由正负硅层组成，吸收阳光，并通过在太阳能电池正负硅层之间移动电子产生电流。这种电流通过太阳能电池板的导电金属网格线发送。每个太阳能电池都涂上了一种防止反射的物质，这样电池板就能最大限度地吸收阳光。

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，污染空气、土壤和水。

由于在测量和报告与关键矿物和金属的开采、加工和运输相关的碳足迹时，透明度各不相同，因此很难量化这些排放。一组研究中心组成了材料研究透明度联盟为了解决这个问题，他们制定了全行业的采矿碳排放评估标准。不过，到目前为止，这项工作仍处于早期阶段。

太阳能电池板的种类

太阳能电池板不止一种，而且不同的板有不同的碳足迹。目前两种商用太阳能电池板分别是单晶硅和多晶硅——两者都是由硅电池制成，但生产方式不同。根据美国能源部的数据，这些太阳能组件的能量转换效率在18%到22%之间。

单晶电池是由一块硅切割成小而薄的晶圆并连接到面板上制成的。这些方法最常见，效率也最高。然而，由于制造单晶硅的过程复杂，这些单晶硅产生的排放最高。另一方面，多晶太阳能电池需要将硅晶体熔化在一起，这需要更少的能量，因此产生更少的排放。

薄膜太阳能是第三种技术，它可以使用几种材料中的一种来发电，包括碲化镉(一种硅)或铜铟镓硒化镓(CIGS)。但到目前为止，薄膜电池板的效率还不如晶体硅电池板。

新兴的太阳能技术寻求进一步提高太阳能光伏发电效率。目前最具发展前景的新型光伏太阳能技术之一涉及一种叫做钙钛矿．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以使面板具有更高的效率和多用途;它们甚至可以被涂在建筑物和其他表面上。

最重要的是，钙钛矿有可能以硅的一小部分成本制造出来，而且消耗的能源要少得多。

生产和运输

然而，目前硅晶体电池板是最常见的:2017年，它们占了美国太阳能光伏市场的97%，以及全球市场的绝大多数。然而，硅板的制造过程产生了相当大的排放。虽然硅本身储量丰富，但在应用到面板上之前，它必须在电炉中以极高的温度熔化。这一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是太阳能电池板并没有减少那么多碳排放的证据——但事实并非如此。虽然硅是太阳能电池板生产过程中能源密集型的一部分，但产生的排放远不及化石燃料能源。

另一个需要考虑的问题与太阳能电池板的生产地点有关。在过去20年里，中国的硅面板生产大幅增长。在中国，这一过程中大约一半的能源来自煤炭——这一比例远高于欧洲和美国。随着制造业日益向中国集中，这引发了人们对光伏电池板相关排放的担忧。

交通排放是另一个挑战。原材料的开采往往是在远离制造设施的地方进行的，而制造设施又可能远在安装地点的大陆和海洋之外。

阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)和美国西北大学(Northwestern University) 2014年的一项研究发现，在中国制造并在欧洲安装的硅太阳能电池板的碳足迹是在欧洲制造和安装的硅太阳能电池板的两倍，这是因为中国制造过程中使用的能源的碳足迹更大，以及将太阳能电池板成品运输到如此远的距离所产生的排放足迹。

但研究人员表示，如果中国采取更严格的环保法规作为其减排承诺的一部分，那么随着时间的推移，中国与其他主要制造业基地之间的排放差距可能会缩小。beplay体育官网电脑还有一种推动力拓展光伏供应链以及美国国内的生产，欧盟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。太阳能行业通常会保证电池板的使用寿命25到30年之间而能源回报时间——电池板偿还其在开采、制造和运输过程中产生的排放所产生的“碳债”所需的时间——通常在一到三年之间，这取决于位置和接收的阳光量等因素。这意味着在短暂的回收期之后，电池板通常可以在几十年内产生无碳电力。

虽然旧的太阳能电池板肯定会随着时间的推移而失去效率，但它们仍然可以在保修期以外的几年里产生大量的能量。美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory) 2012年的一项研究发现，太阳能电池板的发电量每年通常只下降0.5%。

测量一个太阳能电池板在其使用寿命内的碳足迹还必须考虑到它在使用寿命结束时是如何处理的，以及是否有些太阳能电池板被过早拆除。

澳大利亚最近的一项研究发现，情况往往是后者，很多人在太阳能电池板的使用寿命结束前就更换了它们。作者指出，政府鼓励安装更新的太阳能电池板，以及太阳能公司倾向于通过简单更换整个光伏系统来处理损坏的电池板。此外，人们经常想在使用了几年之后就把他们的系统换成更新的、更高效的、能节省更多能源的系统。这对澳大利亚造成的后果是，废弃太阳能电池板产生的电子垃圾增长令人担忧。

回收提供了处理问题的部分解决方案，但它有增加碳足迹的潜力，因为废弃的电池板必须被运送到回收设施很远的距离。该研究的作者得出的结论是，延长太阳能电池板的使用寿命对于解决与电池板报废处理相关的排放和废物挑战至关重要。

太阳能电池板vs.标准电力

虽然不可否认太阳能电池板有碳足迹，但它仍然无法与化石燃料发电产生的碳排放和其他环境影响相提并论。beplay体育官网电脑

2017年发表在《自然能源》上的一项研究对可再生能源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“隐藏的”排放源，情况也是如此——当然，这些排放源也与化石燃料有关。研究发现，即使部署了碳捕获和储存(CCS)技术，煤炭在其寿命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已经变得更加高效，正在进行的研究和开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?beplay体育官网电脑

碳排放只是评估太阳能电池板对环境影响的一个重要因素。beplay体育官网电脑虽然太阳能发电本身是无污染的，但太阳能依赖于不可再生的金属和矿物。这涉及到采矿作业的污染，并往往导致生境和生物多样性的丧失，因为为了方便设备和原材料的运输，矿山和道路是在原始地区修建的。

就像任何形式的能源生产一样，有些人会比其他人受到更大的不利影响——例如，那些住在靠近采矿作业或燃烧化石燃料的面板制造设施的人。此外，废弃电池板产生的电子垃圾还有其他影响。

然而，当我们考虑太阳能电池板和化石燃料产生的能源对环境的总影响时，这是毫beplay体育官网电脑无争议的:就碳排放和污染而言，太阳能的影响要有限得多。尽管如此，随着世界向低碳能源过渡，不断改进标准和做法将十分重要，这些标准和做法旨在最大限度地减少影响，同时以更公平的方式分配不可避免的环境负担。beplay体育官网电脑