Максимизация экологической экономии при производстве кремниевых фотоэлектрических модулей до 2035 года

Почему важны более чистые солнечные панели

Солнечная энергия часто представляется экологическим панацеей, но производство солнечных панелей всё равно требует энергии и сырья. По мере того как мир спешит установить десятки триллионов ватт солнечной мощности к середине века, даже небольшие различия в способах изготовления панелей могут суммироваться в огромные глобальные эффекты. В этом исследовании задают простой, но важный вопрос: по мере перехода отрасли на новый, более эффективный тип кремниевых солнечных элементов, можно ли также сократить скрытые экологические издержки производства всех этих панелей?

На сцену выходит новый тип солнечной панели

Рынок кремниевых фотоэлементов сегодня быстро переходит от старой конструкции PERC к более производительной конструкции, известной как TOPCon. Обе технологии базируются на похожих кремниевых пластинах, но отличаются обработкой поверхностей и способом нанесения металлических контактов для сбора тока. Эти технические изменения дают элементам TOPCon большую эффективность, то есть каждая панель может выдавать больше мощности с той же площади. Авторы применяют комплексный анализ «от руды до утилизации» — от добычи кварца до сборки ячеек и модулей и доставки из фабрик в Центральную Европу — чтобы сравнить экологические показатели этих двух технологий на единицу производимой мощности.

Учитывая все воздействия, а не только углерод

Вместо того чтобы фокусироваться лишь на эмиссиях, вызывающих глобальное потепление, команда изучает 16 типов экологических воздействий, включая загрязнение воздуха, ущерб экосистемам, использование земли, а также потребление ископаемых топлив и металлов. Для панелей, произведённых в Китае и отправленных в Европу, TOPCon превосходит PERC в 15 из 16 категорий. В среднем оно сокращает эмиссии, вызывающие климатические изменения, примерно на 6,5 процента на ватт по сравнению с PERC, в основном потому, что более высокая эффективность означает меньше материалов и процессов для той же выработки. Единственная область, где TOPCon показывает худшие результаты — это потребление металлов: его конструкция требует больше серебра в контактах ячеек, что увеличивает давление на дефицитные ресурсы.

Откуда действительно берутся скрытые следы

При более глубоком анализе выявляются несколько ключевых «горячих точек», которые определяют основной экологический след современного солнечного модуля. Производство кремниевых пластин, особенно высокочищенного материала, который начинается с кварца и превращается в большие слитки и тонкие пластины, — это далеко не самый энергоёмкий этап и он определяет большую часть климатического и загрязняющего воздействия. Поскольку большая часть этой электроэнергии в многих регионах всё ещё производится из ископаемых источников, углеродная интенсивность местной энергосети сильно формирует итоговый след панели. Другие «горячие точки» включают серебро для печати тонких электрических линий на ячейках, медную проводку и солнечное стекло в готовом модуле, а также топлива, сжигаемое в судах и грузовиках при перевозке панелей из азиатских фабрик на европейские рынки.

Местоположение и будущие сети меняют всё

Авторы затем смотрят в 2035 год, сочетая ожидаемые улучшения эффективности панелей, более тонкие пластины и снижение использования серебра со сценариями очистки электросетей в Индии, Китае, США и Европе. Они обнаруживают, что производство модулей TOPCon в Европе уже примерно вдвое менее климатически вредно на ватт, чем производство тех же модулей в Индии, в основном потому, что европейская электроэнергия менее угольнозависима. Если сети будут декарбонизироваться, как ожидается, экологический след производства снизится везде, но особенно в регионах, которые быстрее переходят на возобновляемую энергию. В течение следующего десятилетия смещение производства в сторону систем с низким углеродом и постепенное улучшение конструкции панелей может избежать примерно 8,2 миллиарда тонн CO2‑эквивалента по сравнению с обычным сценарием.

Баланс климатических выгод и нагрузки на ресурсы

Хотя более чистые энергосети резко сокращают климатическое и загрязняющее воздействие, они также увеличивают зависимость от некоторых критически важных металлов, поскольку ветровые и солнечные электростанции требуют этих материалов в больших объёмах, чем электростанции на ископаемом топливе. По мере роста доли возобновляемых источников в энергосетях исследование фиксирует умеренное увеличение показателя «потребление металлов», особенно в регионах с масштабным развертыванием чистой энергии. Для производства солнечных панелей наиболее мощные рычаги — это повышение эффективности панелей и сокращение потребления электроэнергии при производстве пластин; сокращение использования серебра в основном помогает смягчить дефицит металла, но в других показателях даёт меньший эффект. Тесты чувствительности и анализ неопределённостей показывают, что в большинстве категорий TOPCon с высокой вероятностью экологически предпочтительнее PERC.

Что это значит для перехода на чистую энергию

Для неспециалистов ключевое послание таково: не все солнечные панели одинаковы, и место их производства важно почти так же, как и выбранная конструкция. Новая технология TOPCon может генерировать больше электроэнергии с меньшим общим экологическим ущербом по сравнению с предшественницей, при условии, что отрасль также решит проблему повышенного потребления серебра. Если производители будут сочетать высокоэффективные конструкции с более чистыми источниками электроэнергии, бум солнечной энергетики к 2035 году может избежать десятков миллиардов тонн углеродных выбросов в расчёте на жизненный цикл панелей, что значительно перевесит затраты на их производство. Проще говоря, более разумное производство может превратить солнечную энергию в ещё более мощный инструмент защиты планеты.

Цитирование: Willis, B.L., Rigby, O.M., Pain, S.L. et al. Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035. Nat Commun 17, 2311 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69165-x

Ключевые слова: солнечная фотоэлектрика, оценка жизненного цикла, солнечные элементы TOPCon, низкоуглеродное производство, переход на возобновляемую энергию