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社区与问答

家庭光伏系统的隐含碳是什么?

马修·索尔克尔德|发布一般的问题

有没有关于屋顶光伏系统的所有部件和劳动力中包含多少碳的估算?

光伏系统的碳回收期会随其隐含碳含量和所替代电网的碳排放因子而变化。抵消其隐含碳的时间可能比系统的能源回报时间长得多,甚至可能比系统的寿命更长。

例如,我担心亚洲制造的PVs被用来取代加拿大的低排放(水力和核能)电力。

我希望看到所有光伏板都强制执行隐含碳评级。

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回复

  1. 马修·索尔克尔德||#1

    混合动力和电动汽车的减排分析与我的问题类似。

    混合动力汽车比基于煤电的电动汽车减少更多的排放。

    绿色建设者们,我们没有通过安装PV无意中增加全球排放!!

    http://www.neb-one.gc.ca/nrg/ntgrtd/mrkt/snpsht/2018/09-01-1hwrnrgprjctsfnncd-eng.html

  2. GBA编辑器
    马丁Holladay||#2

    马太福音,
    如果你在谷歌上搜索一下,你会发现很多关于这个话题的学术文章和杂志文章。许多研究人员进行了必要的计算,并得出结论,光伏系统的碳回收期相对较短,一般为2至4年。例如,在2013年的一篇文章中,商业光伏系统的能源回收期和碳足迹Mariska J. de Wild-Scholten发现:

    •能源回收期和碳足迹范围为0.68-1.96年和15.8-38.1克二氧化碳当量/千瓦时(水电/UCTE电力,1700千瓦时/平方米年)。
    •假设中国的生产带来类似的能源回报时间,但增加了1.3-2.1倍的碳足迹。
    •新数据用于生产单晶硅、多晶硅、非晶硅、微晶硅、碲化镉和CIGS-PV组件。
    •对屋顶光伏系统进行分析,不包括安装、运行和维护以及寿命结束阶段。”

    请参阅贾斯汀·桑切斯在2008年发表的文章家权力杂志,“光伏能源回报。”桑切斯写道:

    “光伏系统平均只需要三年或更短的时间就能生产出所需的能源来抵消制造系统所需的能源,而EPBT[能源回收时间]每年都在减少。光伏制造商一直在寻求通过减少所需硅量、提高光伏电池效率、试验新材料以及利用新的生产方法来降低制造成本。大多数成本降低策略也将缩短能源回收时间。”

    1. 专家成员
      Dana多赛特||#3

      需要注意的是,从2013年开始,一瓦屋顶光伏发电的材料投入已经大幅下降,自2008年以来更是如此。目前安装的大多数屋顶光伏都使用了约20%的能效板,而2013年和2008年这一比例分别为15%和12%。

      可以肯定地说,每千瓦减少30%的电池板直接意味着减少30%的机架。

      硅的厚度和硅废料的数量也减少了。逆变器的效率一直在提高,物理尺寸也在逐年缩小。

      中国的电网也比5年或10年前更加环保。

      因此,无论2008年或2013年光伏的碳足迹是多少,现在都更低了,而且逐年下降。

      关于电动汽车排放问题,一个生命周期内的实际排放量并不是那么容易计算的。在使用智能充电器的电动汽车用于稳定电网的地方电网中,电网效率的提高(所需的旋转备用容量等)可以真正减少净碳排放。随着电动汽车越来越多地进入市场,最终所有的汽车充电器都必须是电网感知的,而可控负载使更多接近零碳的可变输出电网源,如风能和光伏发电。

      在2019年购买的电动汽车的整个生命周期内,电动汽车充电管理成为电网管理的一项重要功能的地方电网将增加。需要一个比我的(或NRCAN的)更好的水晶球来预测这些影响将在何处、何时以及有多大程度上受到影响,因此目前不可能以合理的确定程度计算任何电动汽车的生命周期排放量。在丹麦,电动汽车车主目前可以通过将电动汽车插在智能充电器上以提供电网服务而获得报酬。如果他们允许双向电力流动(将电力接入电网,而不仅仅是可编程负载),他们的收入甚至会更高。这种东西进入北美的速度比大多数人意识到的要快。

    2. 马修·索尔克尔德||#6

      我需要回顾所有的研究,但商业系统在这里不适用。公用事业规模或商业光伏系统的能源强度远低于家庭系统。

      让我们不要混淆能源回报和碳回报时间。

      我所在省的电网每千瓦时排放40克二氧化碳,而中国的电网每千瓦时排放高达800克二氧化碳。

  3. GBA编辑器
    彼得·约斯特||#4

    你好马修-

    对于几乎所有建筑来说,最大的隐含碳问题是:

    1.混凝土,尤其是硅酸盐水泥成分的混凝土。

    2.制冷剂,特别是机械系统和绝缘材料中的制冷剂。

    在担心光伏系统之前,早就担心这些问题了。

    彼得

    1. 专家成员
      Dana多赛特||# 5

      2 >”。制冷剂,特别是机械系统和绝缘材料。”

      当一栋房子主要是用吹有HFC245fa的闭孔泡沫材料进行隔热时,仅仅隔热材料的寿命周期就超过了包括地基混凝土在内的其他建筑材料的碳足迹。HFC245fa的100年全球变暖潜力约为CO2的1000倍。在大多数新建筑中,完全从组件中设计出制冷剂吹制绝缘是可能的(也是可取的)。

      R410A通常用于制冷剂系统和热泵/空调,100年的全球变暖潜力约为2000x CO2。

      根据2016年《蒙特利尔议定书》基加利修正案,到2030年HFC245fa和R410A将被淘汰至少80%。对于喷涂隔热材料,已经有一些使用HFO1234ze的趋势,其100年全球变暖潜力约为6倍CO2(而不是~1000倍)。

      对于制冷剂系统中的R410A,它的去向是完全清楚的。对于一些空调和食品冰箱/冰柜来说,丙烷(GWP= 3.3)和异丁烷(GWP=3)在欧洲和亚洲的签约国变得越来越普遍,HFO1234ze (GWP=4)产品也出现在欧洲,主要用于汽车空调。2017年底,美国环保署批准在家用冰箱和冰柜中使用丙烷、丁烷、乙烷和异丁烷,所以你下次买的冰箱可能会使用这些低影响制冷剂中的一种或一种组合,而不是R410A。

      虽然在家里可以使用丙烷加热热泵和分离系统R22或R410A空调在类似的性能,更高的制冷剂卷全屋所需系统结合丙烷是高度易燃的事实使它困难的安全工程和市场障碍要克服。R32在某些领域得到了推广,但虽然没有R410A那么极端,但在~675x CO2时,与丙烷在3.3x CO2时相比,很难被认为是“低GWP”。(这两种制冷剂的差异是200x。)

      尽管在起草过程中美国是主要的领导者,但美国尚未批准《基加利修正案》。尽管美国的暖通空调和制冷行业正在游说批准该法案,但这似乎并不是本届政府的优先考虑事项。没有基加利修正案的批准,替代制冷剂的开发和制造很可能将发生在美国以外。

      所以,的确,我们更应该关注冰箱和空调中使用的制冷剂,而不是关注PV的碳足迹的微小差异,这取决于它的制造地点。

      1. 马修·索尔克尔德||# 7

        你是假设制冷剂总是消散到大气中,还是它能在生命结束时被捕获(假设它还没有泄漏)?这不是ODS要求的恢复吗?

        我们谈论的是冰箱和空调中消耗臭氧物质的数量?我很惊讶冰箱里的二氧化碳排放量会超过房子其他部分的排放量。

        1. 专家成员
          Dana多赛特||#9

          现实的假设是一个泄漏& fujitive损失率约为3%每年的分割空间空调系统field-installed连接和现场系统的充电/放电(mini-splits、热泵、中央空调),每年1%的密封系统(如窗口AC,除湿机,或冰箱)。生命结束时的康复是可能的,但在世界范围内并没有很好的监管。

          作为绝缘发泡剂的制冷剂有不同的逃逸率,但没有回收(从来没有),最终100%会进入环境。所以当HFC245fa或其他HFC关闭细胞聚氨酯主绝缘的房子(房子用聚氨酯泡沫吸允,例如),基于生命周期的所有制冷剂逃,与全球变暖效应远高于所有的能源和交通进入其他的建筑材料。对于像EPS或polyiso这样的碳氢化合物泡沫,情况就不是这样了。

    2. 马修·索尔克尔德||#8

      虽然我不反对,但仍然有可能PV系统在其使用寿命中产生的排放比它为给定电网节省的排放要多。

      水泥和制冷剂不会产生电力,也不会声称有助于减少你的碳排放。不同的问题。

      1. 专家成员
        Dana多赛特||#10

        >“虽然我不反对,但仍然有可能PV系统在其使用寿命中产生的排放比它为给定电网节省的排放更多。”

        理论上也许如此,但事实上并非如此(在低日照/高水力或地热的挪威和冰岛,也许。)与其他现场发电一样,分布式光伏也减少了需要建设的电网基础设施容量,而且基础设施也有碳足迹。在这个细节层次上的碳核算变得相当复杂。

        >“水泥和制冷剂不发电,也不声称有助于减少碳排放。”

        SIP和ICF供应商的营销声明经常单独提出这类声明和其他“绿色”声明。

        混凝土和绝缘材料可以而且通常确实减少建筑物的用电量,因此,尽管不同,但并非完全正交。节省的千瓦时相当于产生的千瓦时。

        1. 马修·索尔克尔德||#11

          这是我关心的问题,就像挪威关心加拿大一样。一些省份,比如我居住的魁北克和马尼托巴省,几乎100%使用水力发电(非常幸运)。你还让我想知道,我的热泵是否会节省任何取代水力发电的温室气体,因为随着时间的推移,它肯定会释放部分或全部R410a。我想知道二氧化碳制冷剂什么时候会成为标准。

          光伏降低主要电网基础设施容量??为什么呢光伏发电每年三分之一的时间都不会在这里发电,即使是倾斜的太阳能电池板上,积雪也会一次附着数月。事实上,我听到了相反的意见。基本的电网基础设施加上峰值天然气发电机(间歇备用)正在向光伏和风能系统及其所有者提供补贴,由正常的费率支付者提供。而且,基本基础设施的成本和碳足迹并未与可再生能源系统分摊或共享。这种分析过于简单化,最终对任何人都没有好处。

          光伏能源的回收时间是全球平均值。对于高纬度地区,安全地增加一倍。

          对我来说,光伏问题与气候和电网有关。

          我还建议我们在水力发电的地方生产PV,然后把它们送到燃煤市场。

          1. GBA编辑器
            马丁Holladay||#12

            马太福音,
            你写道:“雪可以一次粘在陡峭的光伏板上好几个月。”

            那不是真的。如果面板是倾斜的,你的陈述只有在你用“天”代替“月”时才准确。在大多数情况下,陡峭倾斜板上的雪在三天或更少的时间内就会消失。

          2. 专家成员
            Dana多赛特||#16

            >“我想知道二氧化碳制冷剂什么时候会成为标准。”

            可能永远不会,对于空间加热热泵来说,但我们会看到。因为二氧化碳在制冷循环中不会发生相变只有在高温下才有效。压力也比碳氢化合物或HFC制冷剂所需的压力高很多倍,这使得它不适合需要现场连接制冷剂管道的系统。虽然已经有一些使用二氧化碳制冷剂的汽车空调的实验,但它更适合于水加热,在那里,进入的水温度显著低于热泵的输出温度,维持一个大的delta-T。

            目前已经开发的用于空间供暖和热水的CO2压缩机组合系统的效率远远低于碳氢化合物和HFC制冷剂系统,而且只有在家庭热水使用量中等到高、热负荷低的家庭中才有效。这些系统还有改进的空间,但似乎永远不可能达到HC/HFC热泵的效率。

            光伏发电降低了主网基础设施容量??所以如何?这里一年三分之一的时间都不会产生PV,而且雪一次可以粘在陡峭倾斜的电池板上好几个月。实际上我听到的是相反的看法。”

            你听错了(或者他们说错了)。峰值电网容量需求都是关于在室外温度升高时变压器和电线风冷不好时的持续峰值。这基本上就是支撑空调高峰负荷所需的能量,而高峰负荷发生在白天。与光伏发电相比,即使是少量的本地电池存储也能大大降低电网容量需求。

            我对您可能听到的关于分布式光伏如何增加电网容量的理论或观察感到好奇。在公用事业领域,“无线路替代方案”解决方案是一个热门话题,即如何在减少峰值容量需求的同时提高吞吐量,而不是通过使用更高容量的线路和subting强制提高吞吐量。分布式发电(包括光伏发电,它在大多数地区和地方电网的每日高峰负荷期间提供电力)、本地存储以及智能可控负荷(又称“需求响应”)是这些解决方案的很大一部分。

        2. 马修·索尔克尔德||#14

          马丁并不如此。在渥太华,2015 - 2016年的冬天,积雪持续了两个多月。我当时参与了一些NZE项目。在渥太华,雪和泥土造成的损失比模型估计的年产量平均高出11%,这个数字是由数百个测量系统得出的。

          我还看到过干燥的雪倾斜70度。

          记住,雪现在是雪/雨/冰雨,以任何可以想象的顺序和组合。我们的冬天几乎每周下雨一次,然后气温会在一两天内急剧下降到零下25度。

          你住在哪里?

          1. GBA编辑器
            马丁Holladay||#15

            马太福音,
            我住在佛蒙特州东北角海拔1800英尺的地方,那里的降雪量和杰伊峰完全一样。去年冬天,我的车库旁边堆了一堆10英尺高的雪。

            冬季清除积雪的关键显然是倾斜你的光伏阵列,尽可能接近垂直,你的坐骑允许。在某种程度上,我们的分歧取决于一个人对“严重倾斜”的定义。我通常用扫帚清理面板,但有时我做不到。我很难想象“好几个月”都不允许清理电池板的天气状况,尽管我已经习惯了零下40度(华氏度或摄氏度,随你选择)和大量降雪。

    3. 马修·索尔克尔德||#13

      我去年读到,缓解制冷剂问题是减排的首要任务和最大机会。

      https://www.sciencemag.org/news/2018/03/countries-crank-ac-emissions-potent-greenhouse-gases-are-likely-skyrocket

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