Fotovoltaïsche zonne-energie en CO2: de koolstofbalans is (aanzienlijk) beter dan diegene die gewoonlijk wordt gebruikt

Uit een analyse van de literatuur over fotovoltaïsche zonne-energie blijkt dat de CO2-uitstoot bij fotovoltaïsche zonneproductie 30 tot 50% lager ligt dan de IPCC-referentiewaarden. Dit kan worden bereikt door het fabricageproces van de wafers te verbeteren. Hier vind je onze analyse.

De analyse is uitgevoerd door Energie Commune en het Becquerel Instituut.

Uit wetenschappelijke literatuur blijkt dat de gerapporteerde waarden van de emissiefactoren van de door fotovoltaïsche zonnesystemen opgewekte elektriciteit (gCO2eq/kWh elec. geproduceerd) sterk uiteenlopen, zelfs voor één en dezelfde technologie.

De redenen hiervoor zijn onder meer de variabiliteit van de in aanmerking genomen parameters (systeemprestaties, zonnestraling, enz.), maar ook en vooral de variabiliteit van de in aanmerking genomen levenscyclusinventarisatiegegevens (LCI-gegevens), die zeer vaak verouderd zijn.

In 2012 heeft NREL een belangrijke harmonisatie doorgevoerd van de gegevens van een reeks levenscyclusanalyses (LCA’s) die tussen 2000 en 2010 zijn gepubliceerd (zie de studie: Life Cycle Greenhouse Gas Emissions of Crystalline Silicon Photovoltaic Electricity Generation).

De genormaliseerde waarden volgens gedefinieerde standaardparameters (1) gaven een mediaanwaarde van 43 gCO2eq/kWh (cSi en dunne film).

Dit is de waarde die momenteel nog is opgenomen in de laatste versie van de NREL-factsheet “Life Cycle Greenhouse Gas Emissions from Electricity Generation”, die in september 2021 is gepubliceerd.

Deze harmonisatie van 2012 vormt ook de basis voor de waarden die zijn gerapporteerd in bijlage III van het IPCC AR5 WGIII (2014).

De meest betrouwbare bron van gegevens voor PV ICL’s is op dit moment het IEA PVPS Task 12 rapport. De laatste versie is van 2020 (gegevens van 2018) en vervangt de versie van 2015 (gegevens van 2011). Tot dusver hebben nog maar weinig ACL-auteurs die deze laatste versie van de ICL in hun studie gebruikt.

De meest relevante studie is dan ook die van Fthenakis & Leccisi (2021). Zij gebruikten de 2020 IEA PVPS T12 LCI’s om het milieueffect van kristallijne Si PV-grondinstallaties te beoordelen en vergeleken dit met dat van een soortgelijke studie (Leccisi et al., 2016) die werd uitgevoerd met de LCI’s van het 2015-rapport. 

De resultaten laten een vermindering zien van de CO2eq-emissies per kWp van ongeveer 49% voor monokristallijn Si en van ongeveer 32% voor polykristallijn Si, wat resulteert in de huidige waarden voor de emissiefactoren van de geproduceerde elektriciteit van respectievelijk 23 en 25 gCO2eq/kWh.

Een betere koolstofbalans, dankzij nieuwe industriële processen

De voornaamste redenen die worden aangevoerd voor deze koolstofbalans zijn verbeteringen in de waferproduktie (minder dikte- en zaagverliezen).

Onderzoekers en fabrikanten werken aan dunnere en lichtere fotovoltaïsche cellen. In 13 jaar zijn we van 16 g/Wp naar 4 g/Wp (gram/Wattpiek) gegaan – zie onderstaande grafiek.

Dit betekent dat de zonne-industrie 4 keer minder materiaal en energie gebruikt voor de fabricage van de cellen (het meest energie-intensieve deel van het fabricageproces) dan vroeger.

In de nabije toekomst worden nog verdere gewichtsafnames verwacht.

De industrie test momenteel de productie van zonnecellen op basis van de zogenaamde “kerfless”-technologie. Dit proces vermijdt vijf complexe stappen in de conventionele productie van panelen (het kweken van silicium tot ingots, het zagen tot wafers, enz.) De zonnecellen worden geproduceerd op een siliciumsubstraat door epitaxiale groei, d.w.z. zonder snijden (“kerfless”). Uiteindelijk biedt deze technologie een benuttingsgraad (materialen en energie) van bijna 100%, terwijl bij conventionele processen nog ongeveer 50% verlies optreedt.

  1. Geharmoniseerde parameters: instraling: 1 700 kWh/(m2*jr); levensduur van het systeem: 30 jaar; module-efficiëntie: multi-Si 13,2%, mono-Si 14,0%, a-Si 6,3%, CdTe 10,9%, CIGS 11,5%, PR: 0,75 (dak) of 0,80 (grondmontage)

References

Frischknecht R., Stolz P., Krebs L., de Wild-Scholten M., Sinha P., Fthenakis V., Kim H. C., Raugei M., Stucki M., 2020. Life Cycle Inventories and Life Cycle Assessment of Photovoltaic Systems. International Energy Agency (IEA) PVPS Task 12, Report T12-19:2020 

Fthenakis V. & Leccisi E., 2021. Updated sustainability status of crystalline silicon‐based photovoltaic systems: Life‐cycle energy and environmental impact reduction trends. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 

IPCC, 2014 (Schlömer S., T. Bruckner, L. Fulton, E. Hertwich, A. McKinnon, D. Perczyk, J. Roy, R. Schaeffer, R. Sims, P. Smith, and R. Wiser). Annex III: Technology-specific cost and performance parameters. In: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Edenhofer, O., R. Pichs-Madruga, Y. Sokona, E. Farahani, S. Kadner, K. Seyboth, A. Adler, I. Baum, S. Brunner, P. Eickemeier, B. Kriemann, J. Savolainen, S. Schlömer, C. von Stechow, T. Zwickel and J.C. Minx (eds.)]. Cambridge UniversityPress, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 

Hsu D. D., O’Donoughue P., Fthenakis V., Heath G. A., Kim, H. C., Sawyer P., Turney D. E., 2012. Life cycle greenhouse gas emissions of crystalline silicon photovoltaic electricity generation: systematic review and harmonization. Journal of Industrial Ecology, 16, S122-S135. 

Kim H. C., Fthenakis V., Choi J. K., Turney, D. E., 2012. Life cycle greenhouse gas emissions of thin‐film photovoltaic electricity generation: Systematic review and harmonization. Journal of Industrial Ecology, 16, S110-S121. 

Leccisi, E., Raugei, M., & Fthenakis, V., 2016. The energy and environmental performance of ground-mounted photovoltaic systems—a timely update. Energies, 9(8), 622.