这是NREL研究人员HopeWikoff、SamanthaReese和MatthewReese在他们在Joule上发表的新论文“碲化镉和硅光伏制造中的蕴含能量和碳”中解决的问题。
在本文中，该团队专注于两种主要的已部署光伏(PV)技术：硅(Si)和碲化镉(CdTe)PV。这些绿色技术有助于减少碳排放并实现全球脱碳目标——但它们的制造过程本身会导致温室气体排放。
“绿色技术很棒，但随着我们正在努力将它们扩大到令人难以置信的规模，仔细研究可以采取哪些措施来最大程度地减少影响是有意义的，”高级工程师兼分析师萨曼莎·里斯(SamanthaReese)说。NREL的战略能源分析中心。
为了了解这些绿色技术对全球脱碳目标的总体影响，该团队超越了成本、性能和可靠性等传统指标。他们评估了“隐含”能源和碳——制造光伏组件所涉及的沉没能源和碳排放——以及能源回收时间(光伏系统产生与生产所需能量相同的时间))。
“大多数进步都是由成本和效率驱动的，因为这些指标很容易评估，”NREL的物理研究员MatthewReese说。“但如果我们的部分目标是脱碳，那么从大局出发是有意义的。努力提高效率当然有好处，但在脱碳工作方面，其他因素也有影响。”
“本文所做的独特之处之一是将制造和科学观点结合在一起，”萨曼莎里斯说。“我们将生命周期分析与材料科学相结合，以解释每种技术的排放结果并检查未来进步的影响。我们希望利用这些结果来确定需要进一步研究的领域。”
制造地点和技术类型都对隐含碳产生重大影响，并代表了两个可以用来影响脱碳的关键旋钮。通过观察太阳能制造国目前的电网组合，作者发现使用更清洁的能源组合进行制造——与使用富含煤炭的组合相比——可以将排放量减少两倍。此外，尽管SiPV目前在市场上占主导地位，但CdTe和钙钛矿等薄膜光伏技术提供了另一条将碳强度降低两倍的途径。
这种洞察力很重要，因为可用于支持未来几十年光伏制造的预期规模的碳预算有限。
“如果我们想实现政府间气候变化专门委员会设定的脱碳目标，剩余碳预算的六分之一可用于制造光伏组件，”马修里斯说。“这就是问题的严重性——必须进行大量制造才能替代当今使用的能源。”
作者的希望是，通过说明问题的严重性，他们的论文将使人们重新审视薄膜光伏技术(如CdTe)的潜在用途，以及使用清洁网格混合物进行制造。
最终，加速将低碳能源纳入电网组合至关重要。
NREL材料科学中心的中心主任NancyHaegel说：“PV的一大优势在于它具有这种正反馈循环。”“随着我们清理电网——部分是通过向电网添加更多光伏——光伏制造将变得更加清洁，从而使光伏成为更好的产品。”
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