Проверьте ингредиенты: токсины и отходы
На центральных равнинах китайской провинции Хэнань местные жители с подозрением относились к грузовикам, которые обычно подъезжали к игровой площадке их начальной школы и сбрасывали на землю пузырящуюся белую жидкость. Их опасения были оправданы.
Согласно расследовательской статье Washington Post, таинственные отходы представляли собой тетрахлорид кремния, высокотоксичное химическое вещество, которое обжигает кожу человека при контакте, уничтожает все растения, к которым приближается, и бурно реагирует с водой. 33
Токсичные отходы были слишком дорого перерабатывать, поэтому их просто сбрасывала за площадку - ежедневно - в течение более девяти месяцев компания Luoyang Zhonggui High-Techology, производитель поликремния для солнечных батарей.
Такие случаи далеко не редкость. Отчет Silicon Valley Toxics утверждает, что по мере расширения солнечной фотоэлектрической отрасли мало внимания уделяется потенциальным затратам на окружающую среду и здоровье в результате такого быстрого роста.
Наиболее широко используемые солнечные фотоэлектрические панели могут создать новую огромную волну электронных отходов по истечении срока их полезного использования, который, по оценкам, составляет от 20 до 25 лет. Новые солнечные фотоэлектрические технологии повышают эффективность элементов и снижают затраты, но во многих из них используются чрезвычайно токсичные материалы или материалы с неизвестными рисками для здоровья и окружающей среды (включая новые наноматериалы и процессы). 34
Например, при распиливании кремниевых пластин выделяется опасная пыль, а также большое количество гидроксида натрия и калия. Обработка кристаллических кремниевых солнечных элементов включает использование или высвобождение химических веществ, таких как фосфин, мышьяк, арсин, трихлорэтан, оксихлорид фосфора, этилвинилацетат, триоксид кремния, хлорид олова, пятиокись тантала, свинец, шестивалентный хром и многие другие химические вещества.
Возможно, наиболее опасным используемым химическим веществом является силан, взрывоопасный газ, который, по мнению представителей отрасли, является обычным источником опасных происшествий. 35 Даже в новейших тонкопленочных технологиях используются многочисленные токсичные вещества, в том числе кадмий, который классифицируется Агентством по охране окружающей среды США как экстремальный токсин, а Международным агентством по изучению рака - канцероген группы 1. По окончании срока службы солнечной панели содержащиеся в ней химические вещества и соединения могут либо просочиться в запасы грунтовых вод, если их выбросить на свалку, либо загрязнить воздух и водные пути при сжигании. 36
Являются ли секреции тяжелых металлов в фотоэлектрической промышленности, утечки опасных химических веществ, риски при добыче полезных ископаемых и токсичные отходы особенно проблематичными сегодня? Если вы спросите жителей Хэнань, скорее всего, да.
Тем не менее, если сравнивать с более опасными твердыми частицами и загрязнением от ископаемого топлива, негативные последствия солнечной фотоэлектрической промышленности не кажутся значительными. По сравнению с гигантами, работающими на ископаемом топливе, фотоэлектрическая промышленность крошечная, обеспечивая менее одной сотой процента электроэнергии Америки. 37 (Если текст на этой странице представляет собой общий объем энергоснабжения США, фотоэлектрическая часть будет помещена в точку в конце этого предложения.)
Если производство фотоэлектрических элементов будет расти, будут расти и связанные с этим побочные эффекты.
Далее, как мы рассмотрим в следующих главах, даже если Соединенные Штаты
Штаты расширяют мощности солнечной энергетики, это может увеличить использование угля, а не заменить его. Существуют гораздо более эффективные способы инвестирования наших ресурсов, способы, которые вытеснят потребление угля - стратегии, которые уменьшат, а не умножат, различные экологические последствия производства энергии. Тем не менее, нам есть о чем поговорить, прежде чем мы подойдем к этому – тут сразу же ряд сюрпризов.
Фотоэлектрическая долговечность: сюрприз внутри каждой панели
Объединенные Арабские Эмираты недавно заказали крупнейшее на сегодняшний день перекрестное сравнительное испытание фотоэлектрических модулей в рамках подготовки к строительству экометрополиса под названием Масдар-Сити.
Специалисты проекта установили сорок одну систему солнечных панелей от тридцати трех различных производителей в пустыне недалеко от международного аэропорта Абу-Даби. 38
Они разработали тест, чтобы различать панели от разных производителей, но как только проект был запущен, он быстро привлек внимание к кое-чему еще - недостаткам, присущим всем панелям, независимо от их производителя.
Фирмы, производящие солнечные батареи, обычно испытывают свои панели в самых идеальных условиях - в контролируемой среде Club Med. Реальная пустыня за пределами Масдар-Сити оказалась менее удобной.
Атмосферная влажность и дымка отражали и рассеивали солнечные лучи.
Еще более проблематичной была пыль, которую техническим специалистам приходилось счищать почти ежедневно. Загрязнения не всегда так просто удалить.
В отличие от панелей Масдара, парящих всего в нескольких футах над песками пустыни, многие солнечные установки располагаются высоко на крутых крышах. Владельцы должны рисковать, чтобы очистить свои панели, или нанять дублера, чтобы танцевать на крыше для них.
Исследователи обнаружили, что загрязнение обычно снижает электрическую мощность на объектах в Сан-Диего на 20 процентов в пыльные летние месяцы. Фактически, по словам исследователей из фотоэлектрической промышленности, эффекты загрязнения «усиливаются там, где в пиковые солнечные летние месяцы не выпадают осадки, например, в Калифорнии и в юго-западном регионе Соединенных Штатов, или, другими словами, именно там, где находится основная недвижимость для солнечной энергии. 39
Когда дело доходит до чистоты, солнечные элементы подвержены той же уязвимости, что и чистые белые рубашки; небольшие пятна резко снижают их ценность. Из-за характеристик проводки мощность солнечной энергии может непропорционально упасть, если заблокированы даже крошечные фрагменты панели, поэтому, по словам производителей, важно не допускать попадания на всю поверхность мельчайших препятствий.
Птичий помет, тень, листья, дорожная пыль, загрязнение, град, лед и снег - все это вызывает головную боль у владельцев солнечных элементов, поскольку они пытаются поддерживать площадь своих панелей в постоянном контакте с солнечным светом, который их питает. При неблагоприятных обстоятельствах эти потери от загрязнения могут достигать 80 процентов. 40
Когда журналисты посетили испытательный полигон Масдара, они посетили диспетчерскую, которая обеспечила мгновенное считывание данных об энергии с солнечной батареи каждой компании. В тот вечер журналисты отметили, что наиболее производительный агрегат выдает четыре сотни ватт, а наименее производительный - менее двухсот.
Все блоки были рассчитаны на максимальную мощность в тысячу ватт. Однако теоретически такая пиковая мощность может наблюдаться лишь ненадолго в полдень, когда солнце наиболее яркое, и только в том случае, если панели расположены в пределах идеальной широты и наклонены в точном соответствии с солнцем (а все другие условия почти идеальны также).
Пустыня за пределами Масдар-Сити кажется одним из немногих идеальных мест на планете для такого совершенства условий. К сожалению, в полдень летом все испытательные панели стали очень горячими, до 176 градусов по Фаренгейту (80 ° C), когда они запекались на солнце пустыни. Из-за температурной чувствительности фотоэлектрических ячеек их выходная мощность была заметно снижена по всем параметрам, как раз в то время, когда они должны были обеспечивать максимальную мощность. 41
Итак, кто выиграл солнечное соревнование в Масдаре? Возможно, никто.
В дополнение к дымке, влажности, загрязнению, перекосу и температурной чувствительности кремниевые солнечные элементы страдают эффектом старения, который снижает их выходную мощность примерно на 1 процент или более в год. 42
Новые тонкопленочные, полимерные, лакокрасочные и органические солнечные технологии деградируют еще быстрее, при этом некоторые исследования фиксируют деградацию до 50 процентов за короткий период времени. Это ограничение регулярно скрывается в том, как репортеры, корпорации и ученые представляют эти технологии. 43
Например, ученые могут разработать тонкопленочную панель, обеспечивающую, скажем, 13% общей эффективности в лаборатории. Однако из-за производственных ограничений компания, занимающаяся продажей панели, обычно достигает только 10% общей эффективности прототипа.
В лучших полевых условиях общий КПД может упасть до 7–8,5% только из-за эффектов деградации. 44 Тем не менее, выход постоянного тока (dc) нельзя использовать в домашнем хозяйстве, пока он не будет преобразован. Электрические инверторы преобразуют выход постоянного тока солнечных элементов в более высокое напряжение и переменный ток, необходимый для приборов и освещения.
Инверторы имеют КПД 70–95 процентов, в зависимости от модели и характеристик нагрузки. Как мы видели, другие ситуационные факторы еще больше снижают производительность. Когда ученые-лаборатории и корпоративные PR-группы пишут пресс-релизы, они сообщают более благоприятную цифру, в данном случае 13 процентов.
Журналисты даже самых уважаемых изданий часто просто переносят этот рисунок в свои статьи. Инженеры, аналитики политики, экономисты и другие, в свою очередь, используют эту цифру в своих оценках.
Иллюстрация 1: Проблемы с солнечной энергией. Федеральное здание им. Дж. Ф. Уильямса в Бостоне было одним из первых участков строительства «Миллиона солнечных крыш» и крупнейшим комплексным комплексом зданий на Восточном побережье. Как и в большинстве интегрированных систем, солнечные элементы не выравниваются по солнцу, что значительно снижает их производительность. В 2001 году техники заменили весь массив после сбоя системы, вызванном замыканием, просачиванием воды и разбитым стеклом. Новый массив испытал деградацию в масштабе всей системы из-за старения, а также локальную коррозию, расслоение, проникновение воды и внезапные отказы модулей. (Фото Романа Пяскоски, любезно предоставлено Министерством энергетики) 24
С такими высокими ожиданиями, возносящимися в отношении солнечной фотоэлектрической энергии, неудивительно, что новички-владельцы солнечных элементов часто бывают шокированы неутешительной производительностью их солнечных батарей в реальном мире.
Например, при выполнении работ на крыше может потребоваться отключение, удаление и повторная установка массивов на крыше. Однако их ждет еще больший сюрприз - примерно через пять-десять лет их солнечная система внезапно перестанет производить энергию.
Почему? Потому что ключевой компонент солнечной системы, электрический инвертор, в конечном итоге выйдет из строя. Хотя сами солнечные элементы могут просуществовать от двадцати до тридцати лет, связанные с ними схемы - нет.
Инверторы для типичной солнечной системы мощностью десять киловатт служат от пяти до восьми лет, поэтому владельцы должны заменять их от двух до пяти раз в течение продуктивного срока службы солнечной фотоэлектрической системы. К счастью, любой лицензированный электрик может легко заменить их. К сожалению, они стоят около восьми тысяч долларов каждый(600 тыс руб). 45