Megújulók életciklusa 2.: napelemek

Európát őrült tempóban hódítja meg a napenergia. 2020-ban Németországban a fotovoltaikus rendszerek a teljes villamosenergia-ellátás 10,5%-át adták, és még az Egyesült Királyságban is, amely fekvéséből adódóan nem kifejezetten kedvez a napelemeknek az előző évhez képest 26%-kal bővült a napenergia termelés az 1 évvel ezelőtti adatokhoz képest.

Ugyanakkor a magyar médiában főként a paksi atomerőmű bővítéssel kapcsolatban sokszor érik olyan vádak a napelemeket, hogy előállításukhoz több energia kell, mint amit aztán megtermelnek. Ezért kimondottan hasznos lehet az életciklus-elemzés alkalmazása ebben az esetben, hogy kiderüljön, mi is az igazság.

Egy teljeskörűen elvégzett életciklus-elemzés outputjai közül a fenti állítás ellenőrzésére az energia megtérülési időt érdemes kiemelni. Ehhez egy életciklus leltár felvételére van szükség minden esetben, tehát össze kell szedni azokat a lépéseket, amelyek a napelem előállításához szükségesek, majd a működésük és leszerelésük elemeit is hozzá kell venni. A napelemgyártás első lépése a metallurgiai (fémkohászati) minőségű szilícium előállítása szilíciumhomokból. Ezt követi a szilícium tisztítása, ami által már a napelemek gyártásához szükséges, megfelelő minőségű alapanyag keletkezik. Ezután a szilícium olvadékot formába öntik, majd 300 mikrométer vastagságú lapkákra szeletelik. A lapkákból gyártják le a napelemcellákat, amikből összeállítják a napelempanelt. A kész paneleket a helyszínre szállítják és beépítik.

A leírt műveletsor teszi ki a napelem életciklusa során szükséges energia 92%-át. A működés során elenyésző mennyiségű energiára van szüksége a napelemnek, a maradékot a leszerelés és újrahasznosítás teszi ki.

A Fraunhofer Intézet 2013-as tanulmánya alapján az összesített energia igény 2-6 év alatt térül meg napelemes rendszerek esetében a kontinentális éghajlati övben. A földrajzi hely, a napos idő aránya természetesen befolyásolja ezt a számot: Németországban (1000 kWh/m²*év besugárzással számolva) 2,5-4 év ez az idő, míg Dél-Európában (1700 kWh/m²*év besugárzással számolva) csupán 1,5-2,5 év. Mivel az energiahasználat a működés során elhanyagolható, a teljes energia igény nagyrészt a gyártáshoz szükséges mennyiséget jelenti, amely megegyezik egy gázzal működő erőmű által 3-6 év alatt elfogyasztott energia mennyiségével. A 3-6 év megtérülési idő ötöde-tizede a napelemek élettartamának.

Ha a napelemes rendszerek megtérülésének vizsgálatakor az emissziókat is figyelembe vesszük, akkor az üvegházhatású gázok kibocsátását az egyszerűség kedvéért CO²-ekvivalens értéken hasonlítjuk össze. Ez az egyenérték a különböző üvegházhatásúgáz-kibocsátások összehasonlításának alapvető mértéke, amelyet a százéves átlagos globális felmelegedést okozó potenciál (GWP) alapján számolnak ki. Mivel az életciklus során többféle üvegházhatású gáz is kibocsátásra kerül, ezek hatása összevethető az ekvivalens segítségével, így a hagyományos erőművi áramtermelés üvegházhatású gáz kibocsátásával. A tanulmány alapján a napelemek megtérülési ideje ilyen típusú vizsgálat esetén ugyan megnő, de ez nagyban függ az alapanyagok előállításának körülményeitől és a felhasznált energiahordozótól. Általánosan azonban elmondható, hogy így sem haladja meg a 10 évet.

Összefoglalva tehát a napelemek energiaegyenleg és karbonlábnyom szempontból már most az egyik legzöldebb, környezetet legkevésbé terhelő energetikai megoldást jelentik, de fokozatosan jelennek meg az egyre nagyobb hatásfokú rendszerek, amelyekkel 5 éven belül állami támogatások nélkül is versenyre kelhetnek a fosszilis energiahordozókkal működtetett erőművekkel.

Kelner Máté

Forrás: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, PHOTOVOLTAICS REPORT 2013