【摘 要】
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全球环境污染成为日益严重的社会问题,太阳能这一用之不竭的清洁型能源的地位愈加重要。薄膜太阳能电池作为一种新兴能源,在促进方法转型、结构调整和可持续发展中发挥了十分重要的作用,并且凭借其较高的转化效率已然成为全球光伏领域研究的重点项目之一,其中CIGS薄膜太阳能电池更是依靠自身转换率高、耗材少等优点成为当下主要的发展对象。尽管太阳能发电技术在使用过程中避免了环境污染问题,但是在其整个生命周期过程对环
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全球环境污染成为日益严重的社会问题,太阳能这一用之不竭的清洁型能源的地位愈加重要。薄膜太阳能电池作为一种新兴能源,在促进方法转型、结构调整和可持续发展中发挥了十分重要的作用,并且凭借其较高的转化效率已然成为全球光伏领域研究的重点项目之一,其中CIGS薄膜太阳能电池更是依靠自身转换率高、耗材少等优点成为当下主要的发展对象。尽管太阳能发电技术在使用过程中避免了环境污染问题,但是在其整个生命周期过程对环境的影响依然不容忽视。本研究选取典型的CIGS薄膜太阳能电池为研究对象,基于生命周期评价（LCA）评价方法,构建了产品从“摇篮”到“坟墓”的全生命周期评价模型,采用CML2001评价方法对其进行能源效应以及环境影响的定量评估。除此之外,通过可获得的数据,分别比较不同形式能源（太阳能、水力、风力、核能等）发电以及不同太阳能电池（CIGS,CdSe,CdTe、多晶硅和单晶硅）的能源效应和环境效应影响。研究结果得出CIGS薄膜太阳能电池（转换效率为15.2%,寿命为30年）的一次能源需求（PED）总量为7123.38MJ/kWp;能量回收期EPBT为1.65-3.97年,远远小于CIGS薄膜太阳能电池的30年使用寿命,说明从节能角度可以看出CIGS薄膜太阳能电池在国内各地区的发展前景都很好。环境效应影响方面:非生物矿产资源耗竭（ADPE）为4.78E+00 kg Sb-eq/kWp;非生物化石能源耗竭（ADPF）为6.19E+03 MJ/kWp;全球变暖潜能（GWP）为6.18E+02 kg CO2-eq/kWp;酸化影响（AP）为4.46E+00 kg SO2-eq/kWp;水体富营养化（EP）为1.58E+00 kg phosphate-eq/kWp;淡水水生态毒性（PAETP）为1.44E+03 kg 1,4-DCB-eq/kWp;陆地生态毒性（TAETP）为1.81E-01 kg 1,4-DCB-eq/kWp;人体毒性（HTP）为4.58E+02 kg 1,4-DCB-eq/kWp;臭氧层破坏（ODP）为2.41E-05 kg CFC-eq/kWp;光化学烟雾（POCP）为1.96E-01 kg Ethene-eq/kWp;土地竞争（SW）为3.11E+01 m~2·yr/kWp。归一化后得到CIGS薄膜太阳能电池生命周期各过程的环境影响效应:电池片制造阶段为6.98E-09;电池组件生产阶段为2.89E-09;平衡系统为1.07E-08;运输使用阶段为7.05E-11;回收处理阶段为-6.35E-09。通过对CIGS薄膜太阳能电池整个生命周期过程各阶段环境影响的比较分析得出CIGS电池片制造是整个生命周期环境影响中贡献较大的阶段,紧接着对CIGS电池片制造各个生产单元的比较分析可以看出镀钼基板加工过程、CIGS金属预制层、汇流条焊接对总体环境的影响贡献值相对较大,可通过利用不锈钢及其他材料代替玻璃基板、优化资源开采结构、使用ICI卷对卷技术来减少主要产污单元过程的环境排放。不同能源发电形式的比较结果显示以CIGS为代表的太阳能发电技术在一次性能源需求上小于其余发电形式,在全球变暖影响、酸化影响、水体富营养化、臭氧层破坏和光化学烟雾方面略高于除燃煤发电的其余发电形式。不同类型太阳能电池比较结果显示能量回收期大小顺序为:单晶硅>CIGS>多晶硅>CdSe>CdTe。环境影响方面,一次性能源需求:单晶硅>CIGS>多晶硅>CdSe>CdTe;全球变暖影响:单晶硅>CIGS>多晶硅>CdTe>CdSe;酸化潜能:CIGS>单晶硅>多晶硅>CdTe>CdSe;人体毒性:CdSe>CIGS>单晶硅>多晶硅>CdTe;水体富营养化:单晶硅>多晶硅>CIGS>CdTe>CdSe。
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