Forskere undersøger, hvordan man gør PV endnu grønnere

Hvordan reducerer vi CO2-påvirkningen af ​​en allerede grøn teknologi?

Dette er spørgsmålet, som NREL-forskerne Hope Wikoff, Samantha Reese og Matthew Reese tager fat på i deres nye artikel i Joule , "Indbygget energi og kulstof fra fremstillingen af ​​cadmiumtellurid og silicium fotovoltaik."

I papiret fokuserer holdet på de to dominerende anvendte fotovoltaiske (PV) teknologier:silicium (Si) og cadmiumtellurid (CdTe) PV. Disse grønne teknologier hjælper med at reducere kulstofemissioner og opfylder globale dekarboniseringsmål – men deres fremstillingsprocesser kan i sig selv resultere i drivhusgasemissioner.

"Grønne teknologier er fantastiske, men da vi arbejder på at skalere dem op til en utrolig størrelse, giver det mening at se nærmere på, hvad der kan gøres for at minimere påvirkningen," siger Samantha Reese, senioringeniør og analytiker i NRELs strategiske energianalysecenter.

For at forstå den overordnede indvirkning af disse grønne teknologier på globale dekarboniseringsmål, så holdet ud over traditionelle målinger som omkostninger, ydeevne og pålidelighed. De evaluerede "indlejret" energi og kulstof - den forsænkede energi og kulstofemissioner involveret i fremstillingen af ​​et PV-modul - såvel som energitilbagebetalingstiden (den tid det tager et PV-system at generere den samme mængde energi, som var påkrævet for at producere det ).

"De fleste fremskridt har været drevet af omkostninger og effektivitet, fordi disse målinger er nemme at evaluere," sagde Matthew Reese, en fysikforsker ved NREL. "Men hvis en del af vores mål er at dekarbonisere, så giver det mening at se på det større billede. Der er bestemt en fordel ved at forsøge at skubbe effektiviteten frem, men andre faktorer er også indflydelsesrige, når det kommer til dekarboniseringsbestræbelser."

"En af de unikke ting, der blev gjort i dette papir, er, at produktions- og videnskabsperspektiverne blev bragt sammen," sagde Samantha Reese. "Vi kombinerede livscyklusanalyse med materialevidenskab for at forklare emissionsresultaterne for hver teknologi og for at undersøge virkningerne af fremtidige fremskridt. Vi ønsker at bruge disse resultater til at identificere områder, hvor der er behov for yderligere forskning."

Fremstillingsstedet og teknologitypen har begge en stor indflydelse på inkorporeret kulstof og repræsenterer to nøgleknapper, der kan drejes for at påvirke dekarboniseringen. Ved at se på nutidens netblandinger i lande, der fremstiller solenergi, fandt forfatterne ud af, at fremstilling med en renere energiblanding - sammenlignet med at bruge en kulrig blanding - kan reducere emissionerne med en faktor to. Selvom Si PV i øjeblikket dominerer markedet, giver tyndfilm PV-teknologier som CdTe og perovskites en anden vej til at reducere kulstofintensiteten med en ekstra faktor på to.

Denne indsigt er vigtig på grund af det begrænsede CO2-budget, der er tilgængeligt for at understøtte den forventede skala af PV-fremstilling i de kommende årtier.

"Hvis vi ønsker at nå de dekarboniseringsmål, der er fastsat af det mellemstatslige panel for klimaændringer, kan så meget som en sjettedel af det resterende kulstofbudget bruges til at fremstille PV-moduler," sagde Matthew Reese. "Det er omfanget af problemet - det er en enorm mængde produktion, der skal udføres for at erstatte de energikilder, der bruges i dag."

Forfatternes håb er, at deres papir ved at illustrere problemets omfang vil få folk til at tage et nyt kig på den potentielle brug af tyndfilm PV-teknologier, såsom CdTe, og fremstilling med rene grid-blandinger.

I sidste ende er det altafgørende at fremskynde inkorporeringen af ​​kulstoffattige energikilder i det elektriske netmix.

"En af de store styrker ved PV er, at den har denne positive feedback-loop," sagde Nancy Haegel, centerdirektør for NREL's Materials Science Center. "Når vi rydder op i nettet – til dels ved at tilføje mere PV til nettet - vil PV-fremstilling blive renere, hvilket igen gør PV til et endnu bedre produkt."