EN
Понимание оценки жизненного цикла для солнечных гирлянд
Основные методы ОЖЦ и их значение для солнечного наружного освещения
Оценка жизненного цикла (LCA) измеряет, насколько сильно продукт влияет на окружающую среду на каждом этапе своего существования — от добычи сырья до утилизации после использования. Что касается солнечных гирлянд, такие оценки показывают, где возникает большинство проблем. Основная трудность, по-видимому, связана с производством маленьких солнечных панелей: некоторые исследования показывают, что они составляют около двух третей общих выбросов углекислого газа. Компоненты батарей также вносят значительный вклад в экологические проблемы. Компании используют результаты LCA, чтобы найти пути улучшения своих продуктов. Некоторые из них начали применять монокристаллические кремниевые элементы вместо более старых поликристаллических, которые вырабатывают примерно на 20–25 % больше электроэнергии. Почему это важно? Дело в том, что солнечные садовые фонари работают иначе, чем обычные светильники, подключённые к электросети. Они сталкиваются с изменяющимися погодными условиями в течение года, включая различное количество солнечного света, попадание дождевой воды и колебания температур. Получение точных измерений имеет решающее значение, если компании хотят делать обоснованные заявления о своей экологичности. Солнечные фонари перемещают проблему загрязнения с этапа эксплуатации на этап производства, поэтому производителям необходимо тщательно выбирать компоненты своих изделий и внимательно следить за происходящим в их цепочках поставок.
Функциональная единица и выбор границ системы, специфичные для солнечных садовых гирлянд
Определение функциональной единицы — как правило, «люмен в час на протяжении срока службы изделия» — позволяет проводить объективное сравнение между солнечными гирляндами и традиционным освещением. Ключевые решения при установлении границ системы включают:
- Исключение транспортировки упаковки : Международные перевозки могут составлять 15–20% от общего объема выбросов
- Циклы замены батарей : Требуется замена литий-ионных аккумуляторов обычно каждые 2–3 года
- Утилизация после окончания срока службы : В настоящее время глобально перерабатывается менее 12% мелких фотогальванических компонентов
То, как мы определяем границы системы, действительно влияет на результаты. Когда производители исключают деградацию панелей из своих расчётов, упускается нечто важное, поскольку панели теряют около половины процента эффективности каждый год просто из-за нормального износа. Такое упущение делает долгосрочную перспективу более благоприятной, чем она есть на самом деле. Для компаний, серьёзно относящихся к экологичным методам производства, анализ всего жизненного цикла продукта становится необходимым, особенно при работе со сложными композитными материалами, используемыми в водонепроницаемых корпусах, которые в конце срока службы практически не разлагаются. Наличие единых определений помогает объективно сравнивать различные продукты, а также показывает, где можно улучшить экологический дизайн. Возьмём, к примеру, модульные компоненты — они значительно упрощают разборку в дальнейшем, чего нам так не хватает на сегодняшнем рынке.
Снижение воздействия на окружающую среду на этапе производства
Использование материалов и энергии, оказывающих сильное воздействие, при производстве солнечных гирлянд
Большая часть углеродного следа солнечных гирлянд обусловлена процессами производства, которые, как правило, составляют от 60 до 80 процентов их экологического воздействия. Основными виновниками здесь являются изготовление небольших фотоэлектрических элементов и вся работа по формовке пластика. Более детально рассмотрев конкретные проблемные зоны, мы обнаруживаем, что первичные материалы корпуса из ПВХ выделяют около 5,2 килограмма CO2-эквивалента на один килограмм продукта. Другой серьёзной проблемой является медная проводка, поскольку около 85 % выбросов, связанных с металлами, на самом деле возникают ещё на этапе добычи руды. Что касается энергопотребления в процессе производства, то особо выделяются такие процессы, как литье под давлением и производство полупроводников. Эти операции потребляют примерно 70 % всей необходимой для производства электроэнергии, что составляет около 1,2 киловатт-часа только на одну гирлянду. Тем не менее, есть надежда. Переход на переработанный полипропилен вместо новых пластиков потенциально может сократить выбросы от материалов примерно на 40 % и при этом сохранить защиту гирлянд от дождя и влаги.
Стратегии экологического дизайна: снижение массы, компоненты с низким уровнем выбросов углерода и прозрачность цепочки поставок
Производители, серьезно относящиеся к устойчивому развитию, как правило, сосредотачиваются на трех основных аспектах при разработке продукции. Прежде всего, снижение веса изделий позволяет сократить использование пластика примерно на 30%, при этом сохраняя достаточную прочность для повседневной эксплуатации. Затем идет переход на материалы с меньшим углеродным следом. Пластик на основе бамбука и крепления из переработанного алюминия могут сократить выбросы в процессе производства почти на половину по сравнению с обычными показателями отрасли. И нельзя забывать о контроле происхождения компонентов на всех этапах цепочки поставок. Это помогает компаниям точно знать, откуда поступают их материалы, и гарантирует использование возобновляемой энергии на каждом этапе производства. В совокупности эти стратегии позволяют сократить выбросы в процессе производства на 60–70%. Кроме того, они способствуют созданию более эффективных вариантов переработки тех самых ярких садовых фонариков на солнечных батареях, которые сегодня так популярны.
Оптимизация эксплуатационных характеристик и надежности энергоснабжения
Правильная оценка жизненного цикла показывает, что на этапе использования приходится основная часть экологического следа солнечных гирлянд — до 70% согласно рецензируемым исследованиям ( Журнале Чистого Производства , 2022). Поэтому оптимизация эффективности имеет решающее значение для достижения реальной устойчивости.
Эффективность солнечных панелей, долговечность аккумулятора и снижение эксплуатационных характеристик в реальных условиях
Способ размещения солнечных панелей и степень их чистоты значительно влияют на количество собираемой энергии. При затенении панелей их производительность резко снижается, иногда до примерно 40% от того, что они могли бы вырабатывать в идеальных условиях. Холодная погода также негативно влияет на литий-ионные аккумуляторы, согласно недавним исследованиям журнала Energy Storage Materials (2023). Эти батареи теряют примерно на 20–30% больше ёмкости при воздействии замораживающих температур по сравнению с нормальной работой. С другой стороны, поддержание частичного заряда батарей, вместо их полной разрядки, помогает сохранить около 90% исходной ёмкости после трёх лет эксплуатации, тогда как полное разряжание снижает ёмкость всего до примерно 65%. Также важны и экологические факторы. Солнечные элементы деградируют примерно на 1,5–2% в год из-за влажности и накопления пыли со временем. Тем не менее, современные системы управления батареями (BMS) стали довольно сложными. Управляя циклами заряда и разряда с помощью таких функций, как контроль температуры, интеллектуальное распределение нагрузки и регулирование уровней заряда, эти системы могут фактически продлить срок службы батарей примерно на 34%. Многие производители теперь считают интеграцию BMS необходимой для максимизации возврата инвестиций в решения для хранения возобновляемой энергии.
Сочетание эстетической привлекательности с энергосбережением и низкими затратами на обслуживание
Дизайнеры находят способы совмещать устойчивость и функциональность, используя диммируемые светодиоды, которые потребляют всего 3 ватта на каждые 100 ламп вместо обычных 15 ватт у традиционных моделей. Когда дизайнеры размещают эти светодиоды стратегически по всей установке, они фактически сокращают количество компонентов примерно на 40%, не теряя при этом визуальной выразительности. Это также означает, что устройства дольше работают между зарядками. Солнечные панели получают дополнительный импульс от самоочищающихся гидрофобных покрытий, которые поддерживают их работу на уровне около 92% эффективности даже после месяцев воздействия грязи и загрязнений. И, конечно, нельзя забывать и о модульной конструкции. Эти системы позволяют техническим специалистам заменять вышедшие из строя батареи, а не выбрасывать целые устройства при поломке. Кроме того, клиентам нравится возможность менять различные режимы освещения в соответствии со своими меняющимися потребностями или предпочтениями в интерьере с течением времени.
Обеспечение цикличности: управление на этапе окончания срока службы и проектирование для разборки
Текущие показатели переработки и барьеры для компонентов солнечных гирлянд (фотоэлектрические элементы, аккумуляторы, пластмассы)
Уровень переработки старых солнечных гирлянд остаётся крайне низким из-за множества технических трудностей и логистических проблем. Фотоэлектрические элементы внутри содержат качественный кремний, но отделение их от защитных пластиковых слоёв требует значительных энергозатрат. Также существует проблема с литий-ионными аккумуляторами, которые установлены примерно в девяти из десяти солнечных фонарей. Эти аккумуляторы могут воспламениться при дроблении и требуют особого обращения, к которому у большинства городских пунктов переработки нет доступа. Пластиковые детали также создают трудности, поскольку легко загрязняются. Смешанные типы пластика в сочетании с встроенными медными проводами означают, что, по данным Circular Materials Lab за прошлый год, перерабатывается менее 15%. Ситуация усугубляется, когда производители делают продукцию всё более компактной и не указывают чёткую маркировку материалов. В результате более чем в восьми из десяти случаев выброшенные устройства просто оказываются на свалках. Чтобы решить эту проблему, всем компаниям необходимо совместно работать над упрощением конструкции своих изделий для облегчения разборки, а также организовывать специализированные пункты сбора именно для таких устройств.
Конструкция с учетом разборки и модульных обновлений для продления срока службы изделия
Если применить концепцию проектирования для разборки (DfD) к маленьким солнечным гирляндам, они превращаются во что-то гораздо лучшее, чем просто одноразовые устройства. Основные идеи: заменить клей на защёлки и стандартные винты, кодировать цветом различные детали, чтобы пользователи понимали, где какая часть должна находиться при последующей разборке, а также размещать батарейки в легкодоступных местах, чтобы никто не испытывал трудностей при их безопасном извлечении. Благодаря такой модульной конструкции люди не обязаны выбрасывать всю гирлянду, если одна из частей со временем выходит из строя — они могут просто заменить старые солнечные панели или перезаряжаемые аккумуляторы по мере необходимости. Таким образом срок службы изделий увеличивается примерно на 40 процентов, а около 95 процентов медной проводки остаётся неповреждённой для использования в будущих проектах. Компании также экономят средства, используя одинаковые компоненты в различных своих продуктах. Подобные продуманные решения хорошо согласуются с результатами оценки жизненного цикла, сокращая потребность в сырье и объем отходов на свалках, при этом изделия по-прежнему отлично смотрятся в садах и на террасах.
Раздел ЧаВо:
Что такое оценка жизненного цикла (LCA)?
LCA — это методология оценки воздействия на окружающую среду на всех этапах жизненного цикла продукта — от добычи сырья до утилизации.
Почему солнечные панели являются значительным источником выбросов в светильниках-фонариках на солнечных батареях?
Производство небольших солнечных панелей требует больших затрат энергии, что существенно увеличивает общий углеродный след таких фонариков.
Как замена батареек влияет на экологическое воздействие солнечных гирлянд?
Замена батареек каждые 2–3 года увеличивает выбросы, поскольку производство новых батареек требует значительных ресурсов и энергии.
Как проектирование для разборки помогает переработке солнечных гирлянд?
DfD упрощает разборку солнечных фонариков, позволяя заменять или перерабатывать такие компоненты, как батарейки и фотоэлектрические элементы, продлевая срок службы изделия и сокращая объем отходов на свалках.
