دانشمندان چگونگی سبزتر کردن سیستمهای فتوولتاییک را بررسی می کنند

4 جولای 2022 -توسط سوزانا شومیکر، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر-آرایه فتوولتائیک 1 مگاواتی در پردیس Flatirons NREL. اعتبار: ورنر اسلوکام، NREL

این سوالی است که محققان NREL، Hope Wikoff، Samantha Reese و Matthew Reese در مقاله جدید خود در Joule با عنوان “انرژی تجسم یافته و کربن از تولید تلورید کادمیوم و فتوولتائیک سیلیکون” به آن پرداخته اند.

در این مقاله، تیم بر روی دو فن‌آوری غالب فتوولتائیک مستقر (PV) متمرکز است: سیلیکون (Si) و تلورید کادمیوم (CdTe) PV. این فناوری‌های سبز به کاهش انتشار کربن و رسیدن به اهداف جهانی کربن زدایی کمک می‌کنند – اما فرآیندهای تولید آنها می‌تواند منجر به انتشار گازهای گلخانه‌ای شود.

سامانتا ریس، مهندس و تحلیلگر ارشد در این زمینه می گوید: “فناوری های سبز عالی هستند، اما از آنجایی که ما در تلاش هستیم تا آنها را تا حدی باورنکردنی افزایش دهیم، منطقی است که نگاهی دقیق بیندازیم تا ببینیم چه کاری می توان برای به حداقل رساندن تاثیر کربن انجام داد.”

برای درک تأثیر کلی این فناوری‌های سبز بر اهداف کربن‌زدایی جهانی، تیم فراتر از معیارهای سنتی مانند هزینه، عملکرد و قابلیت اطمینان نگاه کرد. آنها انرژی و کربن “تجسم یافته” – انرژی تولید شده و انتشار کربن مربوط به تولید یک ماژول PV – و همچنین زمان بازپرداخت انرژی (زمانی که طول می کشد تا یک سیستم PV همان مقدار انرژی مورد نیاز برای تولید آن را تولید کند) ارزیابی کردند.

متیو ریس، محقق فیزیک در NREL می گوید: «بیشتر پیشرفت ها ناشی از هزینه و کارایی بوده است، زیرا ارزیابی این معیارها آسان است. “اما اگر بخشی از هدف ما کربن زدایی باشد، پس منطقی است که دیدگاه جامعتری داشته باشیم . مطمئناً تلاش برای افزایش کارایی مزایایی دارد، اما عوامل دیگری نیز در هنگام تلاش برای کربن زدایی موثر هستند.”

سامانتا ریس گفت: «یکی از کارهای منحصر به فردی که در این مقاله انجام شد این است که دیدگاه‌های تولید و علم در کنار هم قرار گرفتند. ما تجزیه و تحلیل چرخه عمر را با علم مواد ترکیب کردیم تا نتایج انتشار برای هر فناوری را توضیح دهیم و اثرات پیشرفت‌های آینده را بررسی کنیم. ما می‌خواهیم از این نتایج برای شناسایی موضوعاتی استفاده کنیم که در آن تحقیقات بیشتری مورد نیاز است.

محل تولید و نوع فناوری هر دو تأثیر عمده ای بر کربن تولید شده دارند و نشان دهنده دو مولفه کلیدی هستند که می توانند برای تأثیر بر کربن زدایی مشاهده شوند. نویسندگان با نگاهی به ترکیبهای شبکه امروزی در کشورهای تولیدکننده انرژی خورشیدی دریافتند که تولید با ترکیب انرژی پاک‌تر – در مقایسه با استفاده از مخلوط غنی از زغال‌سنگ – می‌تواند انتشار گازهای گلخانه‌ای را تا دو برابر کاهش دهد. علاوه بر این، اگرچه Si PV در حال حاضر بر بازار تسلط دارد، فناوری‌های PV لایه نازک مانند CdTe و پروسکایت‌ها مسیر دیگری را برای کاهش شدت کربن به میزان دو ضریب بیشتر فراهم می‌کنند.

این بینش به دلیل بودجه محدود کربن موجود برای پشتیبانی از مقیاس مورد انتظار تولید PV در دهه های آینده اهمیت دارد.

متیو ریس گفت: «اگر می‌خواهیم به اهداف کربن‌زدایی تعیین‌شده توسط هیئت بین‌دولتی تغییرات آب‌وهوایی دست پیدا کنیم، می‌توان از یک ششم بودجه کربن باقی‌مانده برای تولید ماژول‌های PV استفاده کرد.» مقیاس مشکلی در  این امر است – حجم عظیمی از تولید است که باید انجام شود تا جایگزین منابع انرژی مورد استفاده امروز شود.

امیدواری نویسندگان این است که با نشان دادن بزرگی مشکل، مقاله آنها باعث شود مردم نگاهی دوباره به استفاده بالقوه از فناوری‌های PV لایه نازک، مانند CdTe، و تولید با مخلوط‌های شبکه تمیز بیندازند.

در نهایت، تسریع در ادغام منابع انرژی کم کربن در ترکیب شبکه برق بسیار مهم است.

نانسی هیگل، مدیر مرکز مرکز علوم مواد NREL گفت: «یکی از نقاط قوت PV این است که این حلقه بازخورد مثبت را دارد. همانطور که ما شبکه را تمیز می کنیم – تا حدی با افزودن PV بیشتر به شبکه – تولید PV تمیزتر می شود و به نوبه خود باعث می شود PV محصول بهتری باشد.