Ответ злопыхателям солнечной энергетики (часть 3)
Я продолжу разговор о солнечной энергетике. И следующим в моем списке стоит разбор популярного мифа следующего содержания: «Процесс производства солнечных панелей настолько »грязный« и наносит окружающей среде до такой степени непоправимый вред, что даже дальнейшая их экологически чистая эксплуатация на протяжении 30 лет этого вреда не нивелирует.
Должен вам сказать, что это не просто миф — это ложь. По незнанию, или умышленная — в данном случае неважно. И чтобы опровергнуть ее — придется подробно разобраться во всей производственной цепочке появления на свет солнечных панелей.
Состоит она из 5 этапов.
Этап №1. Получение «солнечного» кремния. В качестве сырья для кремниевых панелей используется кварцевый песок с высоким массовым содержанием диоксида кремния (SiO2). Он проходит многоступенчатую очистку, чтобы избавиться от кислорода. Происходит путем высокотемпературного плавления и синтеза с добавлением химических веществ. И это как раз тот этап, на котором происходят серьезные выделения канцерогенных веществ — потому что песок (как и любую руду) нужно расплавить для отсеивания ненужных примесей. А происходит это в дуговых печах — таких же, в которых получают и сталь, и чугун, и многие другие чистые металлы (и не только). И результате этой операции получается очищенный кремний.
Этап №2. Выращивание кристаллов. Очищенный кремний представляет собой просто разрозненные куски (на фото выше). Поэтому, для упорядочивания структуры далее из него выращиваются кристаллы (так называемый метод Чохральского). Происходит это так: куски кремния помещаются в тигель определенной формы для плавления. В готовый расплав опускается «затравка» — образец будущего кристалла. Атомы, располагаются в четкую структуру, нарастают на затравку слой за слоем. Процесс наращивания длительный, но в результате образуется большой, красивый, а главное однородный кристалл цилиндрической формы.
Этап №3. Обработка. Этот этап начинается с измерения, калибровки и обработки монокристалла для придания нужной формы. Дело в том, что при выходе из тигля в поперечном сечении он имеет круглую форму, что не очень удобно для дальнейшей работы. Поэтому ему придается псевдо-квадратная форма.
Далее обработанный монокристалл (стальными нитями в карбид - кремниевой суспензии или алмазно - импрегнированной проволокой) режется на пластинки толщиной 250-300 мкм. Они очищаются, проверяются на брак и количество вырабатываемой энергии.
Этап №4. Создание фотоэлектрического элемента. Чтобы кремний мог вырабатывать энергию, в него добавляют бор (B) и фосфор (P). Благодаря этому слой фосфора получает свободные электроны (сторона n-типа), сторона бора – отсутствие электронов, т.е. дырки (сторона p-типа). По причине этого между фосфором и бором появляется p-n переход. Когда свет будет падать на ячейку, из атомной решетки будут выбиваться дырки и электроны, появившись на территории электрического поля, они разбегаются в сторону своего заряда. Если присоединить внешний проводник, они будут стараться компенсировать дырки на другой части пластинки, появится напряжение и ток. Именно для его выработки с обеих сторон пластины припаиваются проводники.
Этап №5. Сборка модулей. Далее пластинки соединяются сначала в цепочки, потом в блоки. Обычно одна пластина имеет 2 Вт мощности и 0,6 В напряжения. Чем больше будет ячеек, тем мощнее получится батарея. Их последовательное подключение дает определенный уровень напряжения, параллельное увеличивает силу образующегося тока. Для достижения необходимых электрических параметров всего модуля последовательно и параллельно соединенные элементы объединяются. Далее ячейки покрывают защитной пленкой, переносят на стекло и помещают в прямоугольную рамку, крепят распределительную коробку. Готовый модуль проходит последнюю проверку – измерение вольт - амперных характеристик. Все, можно использовать!
Наглядно процесс сборки можно посмотреть на этом коротком видео:
Но вернемся к нашим баранам.
Где же заключается ложь?
1. Критики солнечной энергетики начинают с верного утверждения, что в процессе производства панелей происходит выделение вредных веществ (прежде всего — СО2, окиси азота, угарного газа и т.д.). Но ЦИФРЫ этих выбросов никогда не приводят. Почему? Потому что они полностью идентичны таким же, происходящим при переплавке в печах любой руды.
Но при этом мировое производство кремния — 2,1 млн. тонн в год (из которых лишь примерно 1/5 часть (425 тыс. тонн) идет на солнечную энергетику. Зато мировое производство только стали в тех же дуговых печах — 851 млн. тонн в год. В 2000 раз больше, чем идет на солнечную энергетику. А ведь есть еще выплавка чугуна, алюминия и прочих металлов. По той же самой технологии.
Почему же никто не предъявляет таких претензий к литейным магнатам? А потому, что плавка металлов только увеличивает прибыли поставщиков угля, газа и нефти (сжигание которых — с теми же самыми выбросами — затем превращаются в электричество для дуговых печей). А производство солнечных батарей, самих способных вырабатывать электричество — это будущая смерть всей гигантской отрасли добычи углеводородов. И ведь не только газа для печей — но и дизельного топлива и бензина для транспорта. Потребляющего более 55% всей производящейся в мире нефти.
Более того — с созданием новых технологий кремния для батарей требуется все меньше. А их КПД и срок службы при этом растет.
2. Процесс производства панелей занимает от нескольких часов до нескольких суток. После этого они работают 15-30 лет, вырабатывая чистую электроэнергию.
А сколько за эти 15-25 лет угарного газа, окиси азота, серы, металлов и т.д. выбросят в атмосферу газовые котлы, в которых сжигается природный газ (не говоря уже о дизельном топливе и бензине в двигателях, которые тоже начинают по максимуму заменять на электрические или хотя бы на гибридные)? Чтобы получить то же количество энергии в переводе на киловатты?
Давайте возьмем самые худшие и дешевые панели, произведенные в Китае.
При производстве солнечных панелей в Китае выбросы (CO2e / кВтч) составляют от 1,3 до 5,4 фунта/ кВтч - в зависимости от завода (что в 2,5 раза превышает европейские нормы). Но при этом в процессе эксплуатации большинство оценок выбросов жизненного цикла для фотоэлектрических систем составляет от 0,07 до 0,18 фунтов CO2e / кВтч).
В то же время в течение жизненного цикла объемы выбросов для природного газа - 0.6-2 фунта CO2e / кВт ч), а угля - 1.4-3.6 фунтов CO2-экв / кВт ч.
Иначе говоря - всего за 3 года эксплуатации даже худшие китайские солнечные панели полностью нивелируют вред выбросов в атмосферу, произошедший в процессе производства, и их дальнейшая эксплуатация уменьшает, а не увеличивает вред для окружающей среды в сравнении даже с использованием природного газа (а не то что нефти или угля). А срок службы панелей куда больше, чем 3 года.
***
И это худшие панели. А что же лучшие? И перспективные — находящиеся в стадии разработки или уже планирующиеся для вывода на рынок в 2018-2019 годах?
Об этом мы поговорим в следующей, 4-й части.