更高效的太陽能電池板聽起來很棒。但是，如果這些新面板消耗更多有毒材料，或者它們的生產(chǎn)消耗大量能量怎么辦?萊頓環(huán)境科學(xué)家與Fraunhofer ISE的同事在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志的新出版物中解決了這個多方面的問題。

更高效的太陽能電池

第一作者卡洛斯·菲利普·布蘭科(Carlos Felipe Blanco)表示：“我們的研究幫助開發(fā)人員將精力集中在最有效的可持續(xù)途徑上，從而實現(xiàn)可再生能源帶來的更光明的未來。” “為了評估一項新技術(shù)對整個環(huán)境的影響，我們應(yīng)該研究從生產(chǎn)到廢物的整個生命周期。”

當前的太陽能電池板通常由硅制成。這種材料便宜且無毒，但是將陽光轉(zhuǎn)化為電能不是很有效。一種更先進的太陽能電池技術(shù)(III-V /硅串聯(lián)太陽能電池)在硅的頂部結(jié)合了非常薄的元素層，例如鎵，銦和砷，從而使其能夠從日光中產(chǎn)生近50%的電能。但是，這些材料中的某些材料可能比硅更具毒性，并且將它們摻入電池中需要在高溫下進行處理，從而消耗大量電能。

環(huán)境影響

尚未安裝使用III-V /硅電池的太陽能發(fā)電廠，因為它們?nèi)蕴幱谠缙谘邪l(fā)階段。Blanco解釋說：“我們研究了這些先進電池生命周期各個階段對環(huán)境的潛在影響。” 通過這種方式，研究人員發(fā)現(xiàn)III-V /硅電池對環(huán)境的最大影響來自必須使用發(fā)電廠的電力來制造它們。尤其是當這些發(fā)電廠仍然依靠燃燒煤炭時。“這不僅通過CO 2排放影響了氣候，而且燃煤產(chǎn)生的有毒煙霧還以各種其他方式影響了生態(tài)系統(tǒng)。”

Fraunhofer ISE的Frank Dimroth補充說：“可以通過開發(fā)更具能源效率的制造工藝，當然可以通過發(fā)展更具可持續(xù)性的電力來克服這種影響。令人驚訝地注意到，新的太陽能電池技術(shù)對環(huán)境的影響依賴于今天我們?nèi)绾斡没剂习l(fā)電的方式。”

研究人員進一步證實了-由于新電池的高轉(zhuǎn)換效率，最終每單位發(fā)電所需的材料更少。布蘭科：“這表明，不斷創(chuàng)新的太陽能電池技術(shù)和更節(jié)能的技術(shù)可以降低太陽能電池對環(huán)境的影響。”

權(quán)衡取舍

Blanco和他的同事們依靠幾種模型，這些模型考慮了許多可能的工業(yè)化場景-更具創(chuàng)新性或保守性。“這種精心設(shè)計的框架以及模型中前所未有的詳細程度，使我們能夠為技術(shù)開發(fā)人員和政策制定者提供非常具體的指導(dǎo)。我們發(fā)現(xiàn)了一些重要的事情，但我們也發(fā)現(xiàn)了許多起初并不重要的事情例如，在毒性或資源消耗方面，鎵和砷的使用并未引起環(huán)境方面的重大關(guān)注，因為僅消耗了極少量的這些元素并將它們牢固地結(jié)合在晶體結(jié)構(gòu)中。”

復(fù)雜的努力

為可持續(xù)性設(shè)計創(chuàng)新是一項非常復(fù)雜的工作，在新興技術(shù)的決策背后隱藏了許多無法預(yù)料的折衷和機會成本。布蘭科：“至關(guān)重要的是，我們認真，系統(tǒng)地思考決策的后果。這需要大量的數(shù)據(jù)和建模，但是為我們指導(dǎo)如何設(shè)計過程和設(shè)備以避免有害影響提供了指導(dǎo)。面對新技術(shù)的潛在問題，我們將來可能會錯失重要機會。我們現(xiàn)在可以放心地說，III-V / Si串聯(lián)太陽能電池有很大的潛力在將來提高轉(zhuǎn)換效率。這可能導(dǎo)致更少的材料需求并最終降低對環(huán)境的影響。我們希望他的技術(shù)將很快成為現(xiàn)實。”