NREL Flatirons园区的1兆瓦光伏阵列。摄影：Werner Slocum， NREL

我们如何减少已经绿色技术的碳影响？

这是NREL研究人员Hope Wikoff，Samantha Reese和Matthew Reese在他们的焦耳新论文“来自碲化镉和硅光伏制造的隐含能量和碳”中解决的问题。

在本文中，该团队专注于两种占主导地位的已部署光伏（PV）技术：硅（Si）和碲化镉（CdTe）PV。这些绿色技术有助于减少碳排放并实现全球脱碳目标，但它们的制造过程本身也可能导致温室气体排放。

“绿色技术很棒，但随着我们正在努力将它们扩大到令人难以置信的规模，仔细研究一下可以做些什么来最大限度地减少影响是有意义的，”NREL战略能源分析中心的高级工程师兼分析师Samantha Reese说。

为了了解这些绿色技术对全球脱碳目标的整体影响，该团队超越了成本、性能和可靠性等传统指标。他们评估了“体现”能源和碳 - 制造光伏组件所涉及的沉没能源和碳排放 - 以及能源投资回收期（光伏系统产生与生产所需能量相同的能量所需的时间）。

“大多数进步都是由成本和效率推动的，因为这些指标很容易评估，”NREL的物理研究员Matthew Reese说。“但是，如果我们的部分目标是脱碳，那么从更大的角度看是有意义的。试图提高效率当然有好处，但在脱碳努力方面，其他因素也会产生影响。

“这篇论文中完成的独特事情之一是将制造和科学观点结合在一起，”Samantha Reese说。“我们将生命周期分析与材料科学相结合，以解释每种技术的排放结果，并研究未来进步的影响。我们希望利用这些结果来确定需要进一步研究的领域。

制造地点和技术类型都对隐含碳产生重大影响，并代表了可以转向影响脱碳的两个关键旋钮。通过观察太阳能生产国的当今电网组合，作者发现，与使用富煤混合相比，使用更清洁的能源组合进行制造可以减少两倍的排放。此外，尽管Si PV目前主导着市场，但CdTe和钙钛矿等薄膜光伏技术为将碳强度降低两倍提供了另一条途径。

这一见解很重要，因为可用于支持未来几十年光伏制造预期规模的碳预算有限。

“如果我们想实现政府间气候变化专门委员会设定的脱碳目标，那么剩余碳预算的六分之一可用于制造光伏组件，”Matthew Reese说。“这就是问题的规模 - 为了取代今天使用的能源，必须进行大量的制造。

作者希望通过说明问题的严重性，他们的论文将使人们重新审视薄膜光伏技术（如CdTe）的潜在用途，以及使用清洁电网混合制造。

最终，加速将低碳能源纳入电网组合至关重要。

“光伏的一大优势是它具有这种正反馈回路，”NREL材料科学中心主任Nancy Haegel说。“随着我们清理电网 - 部分通过向电网添加更多光伏 - 光伏制造将变得更加清洁，从而使光伏成为更好的产品。