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未来的太阳能材料对性能很好。但是毒性呢?

2020年5月11日,通过泰勒Charboneau

材料在太阳能光伏板可以当不当处置有毒。替代材料更好吗?

太阳能光伏技术的承诺作为一个可持续发展的平台已经审查自1954年发明以来。

贝尔太阳能电池

1954年宣布贝尔太阳能电池。图像使用的约翰·柏林/ AT&T档案

近几十年来多个改进和集成电子学拱形太阳能为主流的使用。然而,开发人员还没有克服一些主要的环境问题,尽管他们的整体进步。

太阳能技术真的环保吗?

太阳能光伏技术的首选历来是它的名片。根据教授迈克尔·d·梅赫塔在一篇文章中写道新一代的太阳能电池板,当前面板市场是由晶体硅材料有15 - 20%商业应用的效率。

堆晶体硅太阳能模块

堆晶体硅太阳能模块。图像使用的迈克尔·梅塔

但这个绿色能源不是自由甚至可能用词不当,这取决于你的视角。

光伏生命周期有环境缺陷有关生产和处理;板内的材料负主要责任。据《福布斯》杂志的一篇文章太阳能电池板有毒废物,这些包括:

  • 塑料
  • 玻璃

《福布斯》杂志撰稿人,迈克尔•谢伦伯格解释说,太阳能电池板中大约90%是由玻璃。全球太阳能电池板的崛起需要一个大型生产工作,需要更大的玻璃消费。让我们不要忘记硅的要求。前不是问题本身,而是大规模潜在问题放大。

信息分布的太阳能电池板浪费

信息分布的太阳能电池板浪费。预估PV浪费到2050年已经增加到7800万吨。深色显示更高浓度的PV浪费。图像使用的绿色匹配

玻璃搭配这些提到的材料在面板生产,导致问题。

导致的问题

铅接触玻璃基础板中,通常的形式连接。不幸的是,铅浸出到其他材料的一种习惯。与这有关的环境问题每年增长。例如,国际可再生能源机构(IREA)预计全球太阳能电池板浪费来衡量2050年7800万吨。而导致出现在一个面板不一定是引起关注,这种规模的沉积是惊人的。

全球光伏面板的投影浪费在2016年和2050年之间

全球光伏面板的投影浪费在2016年和2050年之间。图像使用的IREA

通过接触铅对人类的危险,污染水,污染土壤是有据可查的。野生动物也容易受到各种形式的铅中毒。太阳能电池板的他们的生活放弃垃圾填埋场由于土壤污染问题。他们也不能轻易被回收;玻璃杂质由于铅污染预防。我们可以说相同的塑料和镉太阳能电池板。

不过,重要的是要注意,太阳能光伏系统离开不到一半的环境足迹,核能和近四倍比煤炭更环保,梅塔。处理难题推动开发者寻求有前途的新的解决方案。

介绍下一代太阳能解决方案

研究人员采用一个双轨制的太阳能创新。这一努力集中于使用新材料应用在小说ways-ways将直接影响电气工程师。解决方案越来越流行如下:

  • 碲化镉薄膜模块
  • 其他光电薄膜,包括碳富勒烯
  • 量子点

我们将分解技术在每一个而提供一个环境评估。这些选择独特的承诺,但我们没有集体偶然在一个完美的解决方案。

碲化镉(CdTe)模块

灵活的半导体电子世界里创造奇迹的灵活性和房地产优化是至关重要的。太阳能供应商与碲化镉薄膜模块采用类似的方法。工程师可以应用这些电影弯曲和平面alike-even如果这样的表面是玻璃做的,不锈钢或塑料。他们也很轻。老光电设定一个发育的先例,尽管不共享这些属性。

在效率方面,典型的CdTe模块声称大约6%的转换效率。而传统晶体硅日食这轻松,实验室CdTe模块已达到效率高达22.1%。他们是廉价的整体和今天第二太阳能实现。他们使用硅低99%比其他面板。

太阳能光伏技术

太阳能光伏技术。图片由美国能源部

这些好处不是没有缺点。薄膜自然更容易磨损。外部接触气候条件导致更短的退化。这些涂料需要更多的维护。

铅镉也高度toxic-approximately十倍。每个薄膜面板有一定的镉浓度。国立卫生研究所的一项研究发现,一组73%的镉浓度可以在垃圾填埋场中浸出在短短30天。的溶解度的镉effluent-an流出的液体废物河流或海洋高。

垃圾填埋处置导致镉泄漏,毒害水生生物和水位。美国疾病控制和预防中心报告说,在人类中,镉暴露可引起呼吸道疾病,肾脏疾病,心血管问题。我们应该采取低效率模块,更高数量的这些化学物质将被处理的工程师们可能抵消与表面积增加效率低下。

薄膜碳富勒烯

太阳能光伏开发人员也在能量转换利用有机化合物。塑料薄膜作为基地墨水和碳分子的混合物。这些nanocarbons称为碳富勒烯。这些球面富勒烯有导电的肌肉。2018年来自密歇根大学的研究表明nanocarbons可以帮助电子旅行几厘米。这可以促进电流在整个小组的规模。

硅基光伏电池板的分解与thin-film-based光伏电池板

硅基光伏电池板的分解与thin-film-based光伏电池板。图像使用的绿色匹配

有机分子之间的债券是宽松,方便电子停滞不前。研究人员已经解决了这个问题通过调整富勒烯的性质。在逻辑上的下一步,在网格中涉及的安排。电影制造商已经溶解这些富勒烯墨水和保税在塑料层。

这些都是令人难以置信的光和灵活。然而,化学和物理稳定性令人不满意。因此,薄膜碳富勒烯的寿命并不长。效率问题需要应用程序的复合表面在更广阔的领域。

量子点

当我们习惯了量子点在我们的显示器,太阳能潜力越来越被探索。beplay体育下载不了梅塔解释说,这制造,水晶层传输电子更容易比其薄膜。通常用于建筑、汽车和其他大型表面大量的暴露在阳光下。

敲量子点的耐久性;材料是薄,脆弱,很难应用均匀。这可能影响结构integrity-especially面对户外磨损。值得庆幸的是,用户可以实现高达10%的效率和量子技术。

平衡光伏进步和毒性

没有技术是完美的。各有其优缺点。

虽然这些下一代光电显示承诺更高的效率,重要的是要平衡这力量与增加毒性的风险。找到一个平衡(希望创新的最佳worlds-efficiency和eco-friendliness-will帮助研究人员、工程师、和消费者找到可持续的解决方案未来几十年。