Εξερευνώντας την τεχνολογία φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης ως επιλογή φιλική προς το περιβάλλον σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας
Η τεχνολογία φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης είναι μια ενδιαφέρουσα ιδέα επειδή μπορεί να λειτουργήσει ως στατικός συγκεντρωτής χωρίς συστήματα παρακολούθησης ή εποχιακές ρυθμίσεις, δείχνοντας πιθανά οφέλη από την εισαγωγή των συστημάτων CPV ή CPV/T (Συγκέντρωση Φωτοβολταϊκών/Θερμικών) για κτιριακές εφαρμογές.
Επιπλέον, μπορεί να μειώσει τα φωτοβολταϊκά κύτταρα με αντάλλαγμα ένα υλικό PMMA χαμηλού κόστους για την ίδια ή και υψηλότερη απόδοση και να συλλέξει επίσης έναν ενεργειακό πόρο υψηλότερης θερμοκρασίας. Ωστόσο, λόγω της συνεχιζόμενης μείωσης του κόστους των φωτοβολταϊκών κυψελών και της αύξησης της απόδοσής τους, τα πλεονεκτήματα κόστους και απόδοσης της μεγάλης κλίμακας εφαρμογής της τεχνολογίας φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης φαίνεται να εξασθενούν.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας διεξήγαγαν μια αξιολόγηση κύκλου ζωής της τεχνολογίας φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης για την ολοκλήρωση του νότιου τοίχου στην Κίνα για να ποσοτικοποιήσουν τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κατά τη διάρκεια ολόκληρου του κύκλου ζωής.
Η λειτουργική μονάδα της υπό μελέτη ενότητας ήταν παροχή ηλεκτρικής ενέργειας 1 kWp και το όριο του συστήματος φαίνεται στο Σχ. 1, το οποίο κυμαίνεται από την εξαγωγή πυριτίου έως την κατασκευή κυψελών και την παραγωγή του συμπυκνωτή, που περιλαμβάνει τις διαδικασίες παραγωγής από την αντίδραση πολυμερισμού του το MMA στην ασημένια επίστρωση των κατόπτρων ανάκλασης καθώς και η συναρμολόγηση της φωτοβολταϊκής μονάδας χαμηλής συγκέντρωσης και η μεταφορά της μονάδας από το εργοστάσιο στα κτίρια.
EPBT (Χρόνος απόσβεσης ενέργειας) της μονάδας φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης (με την πειραματική/προσομοίωση οπτικής απόδοσης) και φωτοβολταϊκά συστήματα (για 1 kWp) για πέντε διαφορετικές πόλεις στην Κίνα (Λάσα (91,11°Α, 29,97°Β), Χεφέι (117,27 °E, 31,86°N), Lanzhou (103,73°E, 36,03°N), Πεκίνο (116,46°E, 39,92°N), Harbin (126,63°E, 45,75°N)) φαίνονται στο Σχ. 2. Από το αποτελέσματα, φαίνεται ότι το Πεκίνο έχει το χαμηλότερο EPBT (2,82 έτη, πειραματική οπτική απόδοση) ενώ το Hefei έχει το υψηλότερο EPBT (4,74 έτη, πειραματική οπτική απόδοση).
Αυτό σχετίζεται με την υψηλότερη παραγωγή φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης στο Πεκίνο και τη χαμηλότερη στο Hefei. Ενώ με την οπτική απόδοση προσομοίωσης, τα EPBT πέντε πόλεων είναι περίπου 0,5 χρόνια χαμηλότερα από αυτά με την πειραματική οπτική απόδοση. Από την άλλη πλευρά, ακόμη και με την πειραματική οπτική απόδοση, τα EPBT του συστήματος CPV είναι πάντα 0,2-0,3 χρόνια χαμηλότερα από αυτά του φωτοβολταϊκού συστήματος με την ίδια συνολική έξοδο.
Μια λεπτομερής σύγκριση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων για τη φωτοβολταϊκή μονάδα χαμηλής συγκέντρωσης με αυτή της φωτοβολταϊκής μονάδας με την ίδια έξοδο παρατίθεται στον Πίνακα 1. Από τα αποτελέσματα, μπορεί να φανεί καθαρά ότι οι κατηγορίες απογραφής που επιλέγονται για τη μελέτη του περιβαλλοντικού προφίλ, όπως AP (Δυναμικό οξύτητας), GWP (Δυνατότητα Παγκόσμιας Θέρμανσης), EP (Δυναμικό Ευτροφισμού), HTP (Δυνατότητα ανθρώπινης τοξικότητας), ODP (Δυναμικό εξάντλησης της στιβάδας του όζοντος) ή POCP (Δυνατότητα δημιουργίας φωτοχημικού όζοντος), του χαμηλού -Συγκέντρωση φωτοβολταϊκών μονάδων είναι όλα σχετικά χαμηλότερα από εκείνη της φωτοβολταϊκής μονάδας με την ίδια έξοδο για την ενσωμάτωση του νότιου τοίχου του κτιρίου. Έτσι, οι ανωτερότητες της φωτοβολταϊκής μονάδας χαμηλής συγκέντρωσης, όσον αφορά την τιμή, το EPBT και τις επιπτώσεις στο περιβάλλον είναι προφανείς σε σύγκριση με τη φωτοβολταϊκή μονάδα.
Από τη μελέτη LCA, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η τεχνολογία φωτοβολταϊκών χαμηλής συγκέντρωσης είναι ακόμα πιο φιλική προς το περιβάλλον όσον αφορά τις πτυχές ενός καθαρού ενεργειακού πόρου, καθώς και τη δημιουργία λιγότερης ρύπανσης και ζήτησης ενέργειας κατά τη διαδικασία παραγωγής, προστατεύοντας έτσι το παγκόσμιο περιβάλλον. Επομένως, αξίζει ένα ευρύτερο πεδίο εφαρμογής για την κάλυψη της ενεργειακής ζήτησης του κτιρίου.
| κατηγορία LCIA | μονάδα aCPC-PV (ανά Wp) | Μονάδα PV (Wp) |
| Δυνατότητα οξίνισης/kg SO2 -Εξ. | 9,16×10 | 1,04×10 |
| Δυνατότητα υπερθέρμανσης του πλανήτη (100 χρόνια)/kg CO2 -Εξ. | 1.09 | 1,24 |
| Δυνατότητα ευτροφισμού/kg Φωσφορικού-Εξ. | 9,07×10 | 1,03×10 |
| Δυνατότητα ανθρώπινης τοξικότητας /kg DCB-Eq. | 0,38 | 0,43 |
| Δυνατότητα εξάντλησης στιβάδας όζοντος /kg R11-Eq. | 6,47×10 | 7,35×10 |
| Δυνατότητα δημιουργίας φωτοχημικού όζοντος /kg αιθενίου-ισ. | 5,77×10 | 6,55×10 |
Πίνακας 1:Σύγκριση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της φωτοβολταϊκής μονάδας χαμηλής συγκέντρωσης με αυτήν της φωτοβολταϊκής μονάδας με την ίδια έξοδο.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Αξιολόγηση κύκλου ζωής μιας φωτοβολταϊκής μονάδας χαμηλής συγκέντρωσης για την ολοκλήρωση του νότιου τοίχου στην Κίνα, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Applied Energy . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Guiqiang Li και Qingdong Xuan, et al. από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας.
