Класс опасности солнечных батарей

Вредны ли солнечные батареи?

В мире сокращается запас природных ископаемых для производства электричества. В поисках

альтернативных источников энергии человечество давно обратило свой интерес к Солнцу. Ежедневно Земля получает огромное количество солнечной энергии — 173000 Тераватта. Это в 10000 раз больше всей электроэнергии, потребляемой населением планеты. Но для ее преобразования нужно специальное оборудование.

Существующие способы использования солнечной энергии для получения электричества и тепла.

1. Применение систем солнечных батарей и электростанций;
2. Использование коллекторов, нагреваемых солнечными лучами, для использования разогретой воды в отоплении и электрогенераторах;
3. Термовоздушные электростанции, преобразующие солнечную энергию для раскручивания турбогенераторов;
4. Аэростатные солнечные электростанции.

Солнечная энергия доступна и бесплатна, ее не нужно добывать, она неисчерпаема. Но есть у гелиоэнергетики и недостатки.

Недостатки использования солнечной энергии

• Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты. Одни области более солнечные, чем другие;
• В пасмурные дни и ночью солнечная энергия недоступна;
• Необходимость использования больших площадей под солнечные источники энергии;
• Содержание токсичных веществ в фотоэлементах;
• Низкий КПД солнечных батарей, среднее значение эффективности не превышает 20%;
• Высокая стоимость солнечных фотоэлементов;
• Поверхность солнечных панелей и зеркал (для термовоздушных ЭС) нужно очищать от попадающих загрязнений;
• При нагреве солнечных элементов, значительно падает эффективность их работы;
• Сложная утилизация солнечных панелей.

Несмотря на имеющиеся недостатки, солнечная энергетика является самой быстрорастущей альтернативной энергетической отраслью, она составляет лишь 1% энергии, используемой сегодня. Но, по оценкам Международного энергетического агентства, солнечная энергия может обеспечить 20-25% глобальной энергии к 2050 году.

Создание солнечных батарей

Солнечные батареи – относительно новая технология получения электрической и тепловой энергии, берущая свое начало с 70-х годов прошлого столетия. Но человечество научилось пользоваться силой Солнца уже очень давно. Еще древние греки и римляне использовали энергию Солнца для получения огня с помощью увеличительного стекла и специально изогнутых зеркал. Так они могли зажигать факелы для религиозных ритуалов, и даже топить корабли врагов. Направляя зеркала под определенным углом, подогревали воду в термах и освещали темные помещения.

Создатель солнечных панелей Беккерель

В 1839 году французский ученый Беккерель обнаружил фотогальванический эффект. Экспериментируя с электролитами он заметил, что больше электричества было произведено, если гальванические элементы были подвержены солнечному свету.

Процесс создания и первые прототипы солнечных панелей

Первая солнечная батарея, похожая на современную, была выпущена в 1908 году, через 3 года после публикации статьи о фотоэлектрическом эффекте, за которую Эйнштейн получил Нобелевскую премию. В 1954 году был создан первый кремниевый фотогальванический элемент. В 1970 году была введена менее дорогая версия кремниевого солнечного элемента, что ознаменовало начало коммерциализации солнечных батарей. С начала 2000 годов, ученые сосредоточили внимание на способах сделать солнечные панели более эффективными и удобными. В результате технология стала более доступной для всех. Конечная цель — сделать солнечную энергию столь недоргой, как традиционные источники энергии, поскольку она по-прежнему недостаточно конкурентоспособна.

Производство и утилизация солнечных панелей

Производство солнечных панелей является энергоемким процессом. В настоящее время большая часть энергии, используемой для создания солнечных панелей, связана с переработкой ископаемого сырья, поэтому даже производство этих экологически полезных продуктов может способствовать загрязнению и глобальному потеплению.

Приблизительно 600 кВтч энергии используется для производства каждого квадратного метра солнечных батарей, чего достаточно для освещения 1000 лампочек мощностью 60 Вт в течение десяти часов. Средняя энергосистема использует около двух или трех панелей, каждая из которых имеет площадь около 2 м2. При установке в выгодном месте солнечная панель может производить до 200 кВтч на квадратный метр электроэнергии в год. Поэтому энергия, используемая в процессе производства панели, компенсируется только через несколько лет эксплуатации.

Исходным материалом для изготовления солнечных батарей служит трихлорсилан, ядовитый и взрывоопасный продукт. При его перегонке и восстановлении при помощи водорода, получают чистый кремний. Побочным продуктом, на этом этапе производства, является соляная кислота. Далее, кремний плавят и получают слитки, из которых делают элементы солнечных батарей.

Для производства солнечных панелей требуется использование многих опасных химических веществ. Яды, такие как мышьяк, хром и ртуть, также являются побочными продуктами производственного процесса. Эти химические вещества могут нанести серьезный ущерб окружающей среде, если их правильно не утилизировать.

Утилизация вредных элементов солнечных панелей должна сопровождаться специалистами по переработке

При соблюдении технологий улавливания и очистки токсичных газов и жидкостей, производство не будет вредным, но часто, особенно в развивающихся странах, такое оборудование не устанавливается на предприятиях, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Энергия, используемая в производстве солнечных панелей, не является единственной энергетической затратой. Необходимо также учитывать энергию, используемую для их транспортировки, особенно если панели импортируются из другой части мира. Утилизация солнечных батарей — большая проблема. Многие из материалов, используемых для их изготовления, трудно перерабатывать, а сам процесс рециркуляции требует большого количества энергии.

Вред экологии

Несмотря на экологическую безвредность применения солнечных батарей, их производство и утилизация может навредить окружающей среде и здоровью людей. Солнечные панели содержат металлы, такие как свинец, медь, галлий и кадмий, синтетические материалы. Их основа изготавливается из алюминия. Все это требует грамотной утилизации. Также, размещенные на больших площадях, они могут влиять на климат, нарушая естественный температурный режим.

Само производство фотоэлементов и панелей является химически грязным. Стоки и отработанные газы пагубно влияют на экологию. Земля, вода и воздух могут содержать вредные вещества, что является угрозой для всего живого вокруг этих предприятий.

Так стоит ли причислять солнечные панели к предметам причиняющим вред экологии?

Количество солнечных электростанций растет. Если технологии не будут развиваться в сторону наименьшего причинения вреда планете и людям, человечество ждет еще одна рукотворная экологическая проблема.

Источник

Вред от солнечных батарей для экологии: есть ли предпосылки для такого мнения?

Буквально за последнее десятилетие гелио энергетика из экзотичного увлечения «зеленых» превратилась в стремительно растущую промышленную отрасль. Во многих развитых странах солнечные электростанции производят от 10% до 50% общего объема энергии. А к 2050 на возобновляемые источники может перейти половина мира. К сожалению, одним из следствий такого роста стал активно продвигаемый углеводородным лобби вопрос о вреде солнечных батарей для экологии. Разберемся подробнее, насколько данное утверждение соответствует действительности.

Процесс производства

Основой фотоэлектрических панелей являются полупроводниковые ячейки. Около 80% из них создается на базе кремния, 15% приходится на долю редкоземельных элементов, 5% составляют другие материалы.

Проблема №1. В процессе производства кремниевых батарей используются не только базовые, но и вспомогательные химические элементы. Например, алюмофторид натрия, пары которого ядовиты и могут вызывать серьезные повреждения кожных покровов, слизистых оболочек и ЦНС. До 99,5% канцерогенов при заводском производстве улавливается очистными фильтрами, но часть из них все же попадает в атмосферу. И это остается одним из факторов вреда солнечных панелей для экологии.

Проблема №2. Для изготовления редкоземельных фотоэлектрических панелей применяются еще более токсичные материалы, в частности германий, кадмий, теллур, фосфор и некоторые другие. Создание этой категории фотовольтаики сопровождается еще более строгими требованиями к безопасности, и на этапе производства опасные выбросы в окружающую среду практически отсутствуют.

Проблема №3. Вред для атмосферы, воды и грунтов в процессе сборки солнечной продукции в основном связан с качеством технологических процессов. И если американские, европейские или японские заводы строго соблюдают требования безопасности, в Китае уровень заботы об экологии часто оставляет желать лучшего.

По подсчетам некоторых экологов (часто, довольно сомнительных специалистов), изготовление фотоэлектрического оборудования в среднем на 40-50% более токсично в пересчете на единицу энергии, чем углеводородное производство. Однако это лишь первый этап полного цикла существования источников энергии, без учета «чистой» многолетней работы СЭС.

Кроме того, быстро совершенствующиеся батареи третьего поколения на основе органики, квантовых точек или перовскитов практически полностью безопасны. И через 10-15 лет о вреде для экологии новых солнечных панелей можно будет забыть.

Опасны ли солнечные панели для экологии?

Процесс эксплуатации

Для того, чтобы сравняться по «углеводородному следу» и совокупной токсичности для окружающей среды с ТЭС, солнечной электростанции необходимо проработать всего 2-3 года. Остальные 20 и более лет эксплуатации никакого негативного воздействия от СЭС не будет, чего нельзя сказать о традиционных установках на классическом топливе.

Абсолютная безопасность функционирования солнечных электростанций базируется на особенностях конструкции фотоэлектрических ячеек. Химически вредные элементы в них находятся в связанном состоянии, а сверху надежно защищены сверхпрочным слоем стекла и/или полимера.

Механическая и физико-химическая надежность панелей настолько высока, что в некоторых странах «солнечная крыша» начинает устанавливаться вместо традиционной кровли.

В процессе эксплуатации, в том числе с экологической точки зрения, гелио модули:

• отличаются нулевым уровнем вредного влияния на окружающую среду;
• не производят шума;
• служат до 25 лет и более;
• используют бесплатный и неисчерпаемый источник энергии;
• не требуют никаких финансовых затрат;
• позволяют не зависеть от качества поставки электроэнергии из традиционных сетей и способствуют важной частичной децентрализации распределения мощностей.

Примечание: Единственный вред для экологии в процессе эксплуатации наносят не солнечные батареи, а редко использующиеся крупные СЭС башенного типа. Их конструкция требует применения концентрической системы фокусирующих излучение зеркал, и высокоэнергетические лучи иногда приводят к гибели пролетающих мимо птиц.

Процесс утилизации

Наиболее серьезные вопросы вызывают проблемы с утилизацией, особенно панелей на базе токсичных редкоземельных элементов. Однако высокопроизводительные их варианты очень дороги и применяются в основном в аэрокосмической промышленности. А более дешевые модули, на базе теллурида кадмия, изготавливаются преимущественно солидными американскими производителями. Эти компании известны тем, что осуществляют безопасную утилизацию старых солнечных батарей без вреда для окружающей среды, причем за свой счет.

Дополнительным плюсом следует назвать современные технологии, позволяющие повторно использовать в производстве свыше 92% полупроводниковых материалов и 77% стекла. Это не только пропорционально снижает экологический вред, но и удешевляет изготовление очередных поколений солнечных батарей.

Заключение

Промышленная отрасль производства фотоэлектрических панелей и другого необходимого для СЭС оборудования действительно является экологически небезопасной. Однако измерять вред для окружающей среды любой производственной сферы следует в совокупности, учитывая полный цикл ее работы.

При таком подходе вред для экологии солнечных батарей значительно ниже, чем у станций, работающим на углеводородном, и, тем более, атомном топливе. А в самом ближайшем будущем гелио энергетика станет не только максимально безопасной, но и значительно более дешевой и доступной.

Источник

Солнечные панели токсичны?

Для многих домовладельцев одним из основных мотивов перехода на солнечную энергию является их экологичность, положительное влияние на окружающую среду. Так, при использовании солнечной энергии снижается уровень общих выбросов парниковых газов (например, углекислого газа), уменьшаются выбросы углерода.

Но не все задумываются, что есть и другая сторона вопроса. Для изготовления панелей требуются едкие химические вещества, такие как гидроксид натрия и плавиковая кислота, а в процессе производства используются вода и электричество, выделяются парниковые газы. Все это также создает отходы. И хотя сами панели не выделяют каких-либо токсинов в атмосферу, они могут нанести вред окружающей среде на этапах производства и утилизации. Если ничего не предпринимать, эти проблемы могут подорвать ожидания того, что использование солнечной энергии поможет в борьбе с изменением климата и будет позитивно влиять на экологию в целом.

Что нужно знать о токсичности солнечных панелей

Солнечные батареи не являются токсичными напрямую, а их использование для ваших потребностей не представляет опасности для здоровья.

В производстве панелей используются потенциально вредные химические вещества. По окончании срока службы панелей производители или специализированные компании должны их утилизировать и следить за тем, чтобы не нанести вред окружающей среде.

Какие химические вещества используют в производстве панелей и опасны ли они?

Основным материалом, используемым сегодня для солнечных элементов, является кремний, получаемый из кварца. Для того, чтобы он стал пригодным для изготовления фотоэлементов, кварц добывают и нагревают в печи – в результате горения в атмосферу выделяются диоксид серы и диоксид углерода.

Также в процессе производства для подготовки кремния и изготовления пластин используются некоторые химические вещества. Одним из наиболее токсичных побочных продуктов этого процесса является тетрахлорид кремния. Если с ним обращаться неосторожно и не соблюдать определенные правила техники безопасности, это химическое вещество может привести к ожогам на коже, токсичному загрязнению воздуха, вызывающему заболевания легких. При взаимодействии с водой тетрахлорид кремния может выделять соляную кислоту. Это соединение является очень едким веществом, которое небезопасно для здоровья человека и окружающей его среды. К счастью, сегодня существует технология для безопасной переработки тетрахлорида кремния в новые кремниевые пластины. Эту технологию на данный момент использует большинство производителей солнечных панелей, тем самым устраняя риски для здоровья людей и окружающей среды.

«Львиная доля» панелей, используемых в гелиоустановках, представляют собой безопасные панели на основе кремния. А вот в тонкопленочных панелях содержатся дополнительные токсичные материалы, такие как теллурид кадмия, селенид меди-индия-галлия. Кстати, эти материалы используются в производственном процессе для многих других электронных устройств – мобильных телефонов или ноутбуков – которые также требуют специальной утилизации. Тонкопленочные панели не слишком распространены в жилом секторе из-за своих свойств и характеристик, чаще используются в больших масштабах – для коммерческих или коммунальных потребностей.

Несмотря на все вышесказанное, бояться использовать солнечные батареи не стоит. Просто важно знать все эти моменты, ответственно относиться к выбору производителя, установщика, обслуживанию и утилизации панелей. Вредные вещества, которые могут находиться в панелях, опасны при непосредственном контакте, вдыхании, попадании на кожу или слизистые оболочки. Сами же панели в процессе работы угрозы не представляют. Беспокоиться об их токсичности нужно в процессе изготовления панелей и удаления побочных продуктов производства, при трещинах или поломке панелей, а также по окончании их срока службы.

Ответственные производители солнечных батарей обеспечивают правильное обращение с химическими веществами, используемыми в процессе производства. Хотя международная практика показала, что в прошлом, к сожалению, были случаи выброса опасных для природы веществ, и происходили они в различных уголках мира (например, в Китае). Такие происшествия вызвали общественный резонанс и даже падение цен на акции производителей, по вине которых произошли загрязнения. В результате компании-производители солнечных батарей начали внедрять более строгие правила и нормы, касающиеся переработки и утилизации панелей, чтобы защититься от подобных неприятностей в будущем.

Почему солнечные панели считаются экологичными, если при их производстве используются токсичные вещества?

В течение жизненного цикла гелиосистемы большинство выбросов парниковых газов происходит в процессе производства. Поскольку изготовление солнечных панелей, да и сами панели становятся все более эффективными, технологии совершенствуются, то «углеродный след» значительно сокращается: согласно исследованиям, проводимым учеными за последние 40 лет, общие выбросы, производимые при производстве солнечных панелей, уменьшались на 17–24 процента каждый раз, когда мощность гелиоустановки удваивалась.

Если при переходе на солнечную энергию вы планируете принести пользу окружающей среде, будьте спокойны – хотя производство солнечных панелей приводит к выбросам парниковых газов, гелиоустановки все равно намного лучше для окружающей среды, чем другие варианты получения энергии, например, связанные с использованием угля или газа.

Несмотря на то, что солнечные панели, как и другая электроника, производятся с использованием токсичных материалов и даже содержат их в себе, негативные последствия можно минимизировать. Тетрахлорид кремния, упомянутый выше как один из наиболее токсичных химических веществ, используемых при производстве панелей, обычно перерабатывается производителями в целях экономии средств. Они могут использовать этот побочный продукт для создания большего количества поликремния и, следовательно, большего количества панелей. Многие другие токсичные химикаты и продукты в солнечных панелях также могут быть переработаны.

Переработка панелей в конце срока их службы – необходимость и повсеместно растущая тенденция. Некоторые производители (например, такие, как SunPower и First Solar) уже предлагают глобальные программы утилизации солнечных батарей для своих клиентов. Но большая часть производителей пока подобных программ не имеют либо работают над их разработкой. У них еще есть на это время, поскольку пока основная масса установленных в мире панелей все еще пригодна для использования и вырабатывает электроэнергию (преимущественно, солнечные панели начали активно устанавливать в конце 90-х начале 2000-х годов).

Ожидается, что из-за растущей популярности солнечной энергии и постепенного износа работающих гелиоустановок программы утилизации будут активно развиваться как компаниями-производителями, так и на уровне государств. Но уже сейчас, приобретая солнечные панели, учитывайте репутацию производителя и компании-установщика, поинтересуйтесь, уделяют ли они внимание экологии, проблеме переработке и утилизации панелей. Ведь если вам необходима по-настоящему «зеленая энергетика», будьте последовательны в этом вопросе.

Источник