Transformacja energetyczna jest ukierunkowana na zmniejszenie emisji CO2 przy jednoczesnym zachowaniu ciągłości dostaw energii i konkurencyjności branży. Aby jednak utworzyć prawdziwie zrównoważony system energetyczny, należy wziąć pod uwagę surowce mineralne niezbędne do przeprowadzenia takiej zmiany.
Dotyczy to również fotowoltaicznych systemów produkcji energii, których rynek w Europie odnotował imponujący wzrost o 28% w 2017 r. W 2017 r. zainstalowano infrastrukturę o łącznej powierzchni ponad 40 kilometrów kwadratowych i mocy zainstalowanej równej 8,61 GW. Istotną kwestią jest oczywiście dostępność („współczynnik zubożenia abiotycznego”) materiałów używanych do produkcji modułów PV i możliwość poddania ich recyklingowi.
Należy również pamiętać, że instalacje PV są projektowane i działają jako system, składający się nie tylko z samych modułów PV, ale również z akumulatora i regulatora ładowania (jeśli ma zastosowanie), falownika, transformatora (jeśli ma zastosowanie), a także kabli zasilania łączących te urządzenia. Należy wziąć ten fakt pod uwagę, oceniając zgodność z zasadami zrównoważonego rozwoju, i odpowiednio ustawić granice systemu.
Warto również wspomnieć, że użycie materiałów można zoptymalizować w sposób niebezpośredni poprzez zwiększanie efektywności energetycznej i trwałości instalacji. Dzięki temu przy tej samej ilości wykorzystanych materiałów można pozyskać więcej energii.
ZOBACZ TAKŻE: Fotowoltaika i jej optymalizacja. Rola trwałości materiałów i efektywności energetycznej
Zwiększanie trwałości
Im dłużej system PV funkcjonuje, tym większą wartość można wytworzyć z materiałów użytych do jego budowy. Złotą zasadą budowania trwałych systemów jest unikanie słabych ogniw w łańcuchu. Takim słabym ogniwem może być lokalizacja, która wpływa na zwiększenie temperatury (gorący punkt) w ścieżce przewodzącej.
Na czarnych dachach wystawionych na słońce kable łączące moduły PV oraz kable doprowadzające prąd stały do falownika są często położone w ciasnych przestrzeniach pod panelami lub w korytach kablowych pomalowanych na czarno, by mniej rzucały się w oczy. W efekcie ich temperatura w gorące letnie dni często przekracza 100°C, nawet w bardziej umiarkowanych strefach klimatycznych. Norma CENELEC EN 50618 bierze to pod uwagę i zaleca stosowanie współczynnika korekcji temperatury podczas dobierania przekrojów kabli. Zalecenie to bywa pomijane, co wpływa negatywnie na trwałość i niezawodność instalacji.
Gorące punkty mogą powstać również w wyniku korozji powierzchni, odkształcania lub korozji elektrochemicznej połączeń kablowych. Problem korozji powierzchni można wyeliminować, stosując miedź, ponieważ tlenek miedzi przewodzi prąd. Wykorzystanie miedzi pozwala także zminimalizować ryzyko odkształcania styków kablowych, ponieważ materiał ten ma wystarczającą twardość i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Przyczyną korozji elektrochemicznej jest fizyczny kontakt dwóch metali o różnych potencjałach. Można jej uniknąć, stosując tylko jeden typ materiału przewodzącego.
W przypadku modułów PV należy ograniczać spadek sprawności przetwarzania energii z upływem lat. Jak to zrobić?
Zwiększanie efektywności energetycznej
Aby zoptymalizować użycie materiałów w systemach PV, maksymalna ilość energii słonecznej absorbowana przez system musi być przekształcona w energię elektryczną. Sprawność przetwarzania energii w modułach PV można zmaksymalizować, stosując odpowiedni typ paneli PV, właściwy układ instalacji i sposób montażu.
Ponadto dużą rolę odgrywa efektywność energetyczna falownika, transformatorów i kabli połączeniowych. Ponieważ działają one bez przerwy, nawet niewielkie ulepszenie może stanowić istotną różnicę w odniesieniu do długiego okresu pracy instalacji. Na przykład w przypadku kabli prądu przemiennego łączących falownik z siecią energetyczną lub urządzeniami lokalnych użytkowników można zastosować przekroje większe niż najczęściej używane obecnie przekroje standardowe. Umożliwi to znaczną oszczędność energii, a także obniży całkowity koszt posiadania w pełnym okresie życia instalacji.
ZOBACZ TAKŻE: Raport o energii słonecznej
Optymalizacja używanych materiałów
Po uzyskaniu trwałości i efektywności energetycznej systemu fotowoltaicznego należy zwrócić uwagę na materiały używane do budowy instalacji PV.
Kluczową zasadą jest unikanie materiałów znajdujących się na liście surowców krytycznych. Ich podaż w przyszłości może być ograniczona z powodu szybkiego wyczerpywania się zasobów, problemów geopolitycznych lub niewystarczającego rozwoju technologii. Powszechnie znane metale, takie jak miedź, aluminium i żelazo mają względnie bogate rezerwy, dlatego nie grozi im znalezienie się na wyżej wspomnianej liście.
Drugim ważnym kryterium jest to, czy materiały mogą być częścią obiegu. Na koniec cyklu życia materiały powinny być odzyskane i przetworzone na produkty, których wartość i jakość dorównują wartości i jakości oryginalnych materiałów lub je przewyższają.
Recykling paneli PV jest wykonywany głównie w liniach recyklingu szkła laminowanego. Odpady pochodzące ze skrzynek przyłączeniowych, kabli i połączeń po poddaniu recyklingowi mają wyższą wartość, jeśli zawierają dużo miedzi. Jest to związane nie tylko z wyższą ceną rynkową miedzi, ale także z większą efektywnością recyklingu tego materiału. Czysta miedź używana do połączeń elektrycznych staje się na końcu cyklu życia odpadem wysokiej jakości, co oznacza, że proces recyklingu nie obniża jej wartości. Czystość miedzi umożliwia użycie odpadów jako materiału źródłowego na ostatnim etapie produkcji tego surowca, co oszczędza 85% energii wymaganej do produkcji miedzi z rudy. Z tego powodu połączenia i kable wykonane z miedzi podwyższają potencjał wykorzystania instalacji w gospodarce obiegowej.
ZOBACZ TAKŻE: Raport: Kolektory słoneczne i ich liczne zastosowanie. Kiedy to się opłaca?
