EN
Elinkaaran arvioinnin ymmärtäminen aurinkovaloille
Ydin-LCA-metodologia ja sen merkitys aurinkoenergialla toimiville ulkovalaisimille
Elinkaariarviointi eli LCA mittaa, kuinka paljon tuote aiheuttaa haittaa ympäristölle tuotteen jokaisessa elinkaaren vaiheessa. Tarkoituksena on ottaa huomioon kaikki vaiheet aina raaka-aineiden louhinnasta aina käytön jälkeiseen hävitykseen asti. Kun tarkastellaan erityisesti aurinkovaloja, nämä arvioinnit osoittavat, missä kohdissa suurimmat ongelmat syntyvät. Pienten aurinkopaneeleiden valmistus vaikuttaa olevan merkittävä ongelma, ja joissakin tutkimuksissa niiden kerrotaan aiheuttavan noin kaksi kolmasosaa kokonaishiilidioksidipäästöistä. Akkukomponentit aiheuttavat myös omat ympäristövaikutuksensa. Yritykset käyttävät LCA-tuloksia parantaakseen tuotteitaan. Jotkut ovat alkaneet käyttää monokiteistä piisoluja vanhojen polykiteisten sijaan, mikä taas tuottaa noin 20–25 % enemmän sähköä. Miksi kaikki tämä on tärkeää? No, aurinkovalaiset puutarhavalo toimivat eri tavalla kuin verkkovirtaan kytkettävät tavalliset valot. Ne joutuvat kestämään vuodenaikojen mukaan vaihtelevia sääolosuhteita, kuten erilaisia auringonvalon määriä, sadevettä ja lämpötilojen nousuja ja laskuja. Tarkan mittaustiedon saaminen on erittäin tärkeää, jos yritykset haluavat tehdä rehellisiä väitteitä ympäristöystävällisyydestään. Aurinkovalot siirtävät saastuttamisongelman käyttövaiheesta valmistusvaiheeseen, joten valmistajien on valittava tuotteisiinsa käytettävät materiaalit huolellisesti sekä seurattava tarkasti myös toimitusketjujensa toimintaa.
Toiminnallisen yksikön ja järjestelmärajan valinnat, jotka ovat spesifejä aurinkovalojen puutarhakoristevaloille
Toiminnallisen yksikön määrittäminen – tyypillisesti "lumeneja tunnissa tuotteen eliniän aikana" – mahdollistaa oikeudenmukaiset vertailut aurinkokoristevalojen ja perinteisten valaistusratkaisujen välillä. Keskeisiä järjestelmärajan valintoja ovat:
- Pakkauksen kuljetuksen jättäminen pois : Kansainvälinen rahtikuljetus voi aiheuttaa 15–20 % kokonaispäästöistä
- Akun vaihtokierrokset : Litium-ioniakut täytyy yleensä vaihtaa joka 2–3 vuosi
- Käytöstä poistaminen : Maailmanlaajuisesti alle 12 % pienistä fotovoltaista komponenteista kierrätetään tällä hetkellä
Se, miten määrittelemme järjestelmärajojen, vaikuttaa todella siihen, mitä tuloksissamme näkyy. Kun valmistajat jättävät paneelien tehon laskun pois laskelmistaan, jotain tärkeää jää huomioimatta, sillä paneelit menettävät noin puoli prosenttia tehokkuudestaan joka vuosi normaalista kulumisesta johtuen. Tällainen huomiotta jättäminen tekee pitkän tähtäimen kuvasta paremman kuin se todellisuudessa on. Niille yrityksille, jotka ottavat vakavasti vihreät valmistustavat, on olennaista tarkastella tuotteen koko elinkaarta, erityisesti kun käsitellään vaikeasti hajoavia komposiittimateriaaleja, joita käytetään vesitiiviissä koteloinneissa ja jotka eivät hajoa helposti niiden eliniän päätyttyä. Standardoidut määritelmät helpottavat eri tuotteiden oikeudenmukaista vertailua, mutta ne myös osoittavat, missä kohtaa ekologista suunnittelua voidaan vielä parantaa. Otetaan esimerkiksi modulaariset komponentit, jotka tekevät tuotteiden purkamisesta paljon helpompaa myöhemmin – juuri sitä, mitä nykyisessä markkinassa tarvitaan entistä enemmän.
Ympäristövaikutusten vähentäminen valmistusvaiheessa
Suuren vaikutuksen omaavat materiaalit ja energiankäyttö auringonvaloisten keijulamppujen tuotannossa
Suurin osa aurinkovalojen hiilijalanjäljestä aiheutuu valmistusprosesseista, jotka yleensä muodostavat 60–80 prosenttia niiden ympäristövaikutuksesta. Tässä pääsyylliset ovat pienien fotovoltaisten solujen tuotanto ja kaikki muovin valumuottaukseen liittyvä työ. Tarkemmin tarkasteltuna erityisiä ongelmakohtia ovat raakamuovikotelojen materiaalit, jotka emittoivat noin 5,2 kilogrammaa CO2-ekvivalenttia per kilogramma tuotetta. Kuparikaapelointi on toinen suuri ongelma, koska noin 85 prosenttia metallien päästöistä johtuu itse kaivannaisalan toiminnasta. Valmistuksen aikaisesta energiankulutuksesta huollettaessa erityisesti muovin ruiskuvalumuotitus ja puolijohdekomponenttien valmistus erottuvat. Nämä kuluttavat noin 70 prosenttia koko valmistukseen tarvittavasta sähköstä, mikä tarkoittaa noin 1,2 kilowattituntia vain yhtä valoketjua kohti. On kuitenkin olemassa ratkaisuja. Jos uuden muovin sijaan siirrytään kierrätettyyn polypropyleeniin, materiaalipäästöt voisivat vähentyä jopa 40 prosenttia, ja valot säilyisivät edelleen turvallisina sateelta ja kosteusvaurioilta.
Ekosuunnittelustrategiat: keventäminen, hiilivähäiset komponentit ja toimitusketjun läpinäkyvyys
Valmistajat, jotka suhtautuvat vakavasti kestävyyteen, keskittyvät tyypillisesti kolmeen pääalueeseen tuotteita suunnitellessaan. Ensinnäkin tuotteiden keventäminen vähentää muovin käyttöä noin 30 prosenttia samalla kun tuote säilyttää riittävän vahvuuden arkioloissa käytettäväksi. Sitten on siirtyminen materiaaleihin, joiden hiilijalanjälki on pienempi. Bambusta valmistetut muovit ja kierrätysalumiinista valmistetut kiinnikkeet voivat vähentää päästöjä lähes puoleen verrattuna siihen, mitä tavallisesti nähdään alalla. Älkäämme myöskään unohtako seurantaa siitä, mistä kaikki tulee koko toimitusketjun ajan. Tämä auttaa yrityksiä tietämään tarkalleen, mistä materiaalit ovat peräisin, ja varmistamaan että uusiutuvaa energiaa käytetään jokaisessa valmistusvaiheessa. Yhdessä nämä strategiat voivat vähentää päästöjä valmistuksen aikana jopa 60–70 prosenttia. Ne myös edistävät parempia kierrätysmahdollisuuksia niille värikkäille aurinkoenergialla toimiville puutarhavaloihin, joita ihmiset pitävät nykyään niin paljon.
Käyttövaiheen suorituskyvyn ja energiavarmuuden optimointi
Oikea elinkaariarviointi osoittaa, että käyttövaihe vastaa suurimmasta osasta aurinkovalojen ympäristöjalanjäljestä—jopa 70 % vertaisarvioinnissa tutkimuksessa ( Journal of Cleaner Production , 2022). Tehokkuuden optimointi on siksi ratkaisevan tärkeää aidon kestävyyden saavuttamiseksi.
Aurinkopaneelin hyötysuhde, akun kestoikä ja käytännön suorituskyvyn heikkeneminen
Aurinkopaneelien sijoittaminen ja niiden puhdistushuolto vaikuttavat merkittävästi kerättävissä olevan energian määrään. Kun paneelit varjostuvat, niiden tehontuotto laskee jyrkästi, joskus noin 40 %:iin verrattuna ideaalisiin tuottomahdollisuuksiin. Kylmä säätä myös heikentää litiumioniakkujen toimintaa, kuten Energy Storage Materials -tiedejulkaisun (2023) viimeaikainen tutkimus osoittaa. Nämä akut menettävät noin 20–30 % enemmän kapasiteettiaan pakkaslämpötiloissa verrattuna normaalikäyttöön. Positiivisena asiana akkujen osittainen lataus täyden purkamisen sijaan auttaa ylläpitämään noin 90 % alkuperäisestä kapasiteetista kolmen vuoden jälkeen, kun taas täysi purkaminen vähentää kapasiteettia vain noin 65 %. Myös ympäristötekijät vaikuttavat. Aurinkokennot heikkenevät noin 1,5–2 % vuodessa kosteuden ja pölyn kertyessä ajan mittaan. Nykyaikaiset akkujen hallintajärjestelmät (BMS) ovat kuitenkin kehittyneet huomattavasti. Lataus- ja purkamissyklujen ohjauksella, kuten lämpötilan seurannalla, älykkäällä kuorman jakamisella ja säädetyillä lataustasoilla, nämä järjestelmät voivat itse asiassa pidentää akkujen käyttöikää noin 34 %. Monet valmistajat pitävätkin nykyisin BMS-integrointia olennaisena investoinnin kannattavuuden maksimoimiseksi uusiutuvan energian varastointiratkaisuissa.
Sisustusvaikutelman tasapainottaminen energiansäästön ja alhaisen huoltotarpeen kanssa
Suunnittelijat löytävät keinoja yhdistää kestävyys ja toiminnallisuus käyttämällä himmennettäviä LED-valoja, jotka kuluttavat vain 3 wattiä jokaista 100 lamppua kohden verrattuna perinteisten mallien tavalliseen 15 wattiaan. Kun suunnittelijat sijoittavat nämä LED-lamput strategisesti asennuksiin, komponenttien määrä vähenee noin 40 % ilman että visuaalinen vaikutus heikkenee. Tämä tarkoittaa myös sitä, että laitteet pysyvät pidempään latauksella. Aurinkopaneeleihin saadaan lisätehoa itsetuhkautuvilla hydrofobisilla pinnoitteilla, jotka pitävät niiden toimintakertoimen noin 92 prosentissa, vaikka paneelit olisivatkin olleet kuukausia pölyssä ja likaisina. Emme saa myöskään unohtaa modulaarista rakennetta. Nämä järjestelmät mahdollistavat teknikoille rikkoontuneiden akkujen vaihtamisen sen sijaan, että koko yksikkö hylättäisiin rikkoontumisen sattuessa. Lisäksi asiakkaat pitävät siitä, että erilaisia valaistusmalleja voidaan vaihtaa vastaamaan muuttuvia tarpeita tai sisustustyylin mieltymyksiä ajan myötä.
Kierrätysmahdollisuuksien toteuttaminen: Elinkaaren päävaiheen hallinta ja purkamista varten suunniteltu rakenne
Nykyiset kierrätysasteet ja esteet aurinkovalojen komponenteissa (aurinkokennot, akut, muovit)
Vanhojen aurinkovalaisimien kierrätysaste pysyy erittäin matalana monien teknisten haasteiden ja logistiikkongelmien vuoksi. Suojamuovikerroksista on vaikea erottaa niissä olevat fotovoltaisolut, joissa on hyvää piisisältöä, sillä erotus vaatii paljon energiaa. Lisäksi suurimmassa osassa aurinkovalaisimia (noin 9 kymmenestä) on litiumioniakkuja, jotka aiheuttavat ongelmia: ne voivat syttyä tuleen jauhettuina, eikä useimmilla kaupunkien kierrätyskeskuksilla ole tarvittavaa erityiskäsittelyä näille akkujen käsittelyyn. Muosiosat aiheuttavat myös hankaluuksia, koska ne saastuvat helposti. Eri muovilajit sekoittuneena sekä niihin upotetut kuparilangat tarkoittavat, että viime vuoden Circular Materials Lab -tietojen mukaan alle 15 % materiaaleista saadaan kierrätettyä. Tilanne pahenee entisestään, kun valmistajat tekevät tuotteista pienempiä ilman selkeitä merkintöjä siitä, mitä materiaaleja missäkin kohdassa on käytetty. Tämän seurauksena yli 8 kymmenestä hävitetystä laitteesta päättyy kaatopaikalle. Tämän tilanteen korjaamiseksi kaikkien yritysten on tehtävä yhteistyötä tuotteidensa helpomman purkukelpoisuuden saavuttamiseksi sekä näitä tuotteita varten tarkoitettujen keräyspisteiden perustamiseksi.
Suunnittelu purkamista ja modulaarisia päivityksiä varten tuotteen elinkaaren pidentämiseksi
Kun sovellamme hajottamissuunnittelua (DfD) näihin pieniin aurinkovalaisiin, ne muuttuvat paljon enemmäksi kuin vain kertakäyttöisiksi laitteiksi. Pääajatukset? Korvata liimi lukkoliitoksilla ja standardiruuvien avulla. Värikoodaa eri osat, jotta ihmiset tietävät, mihin mikäkin osa kuuluu, kun niitä purkavat myöhemmin. Varmista, että paristot sijaitsevat helposti saatavilla olevissa paikoissa, ettei kukaan turhautu yrittäessään ottaa niitä turvallisesti pois. Tällä modulaarisella rakenteella ihmiset eivät tarvitse heittää koko valoketjua pois, jos vain yksi osa rikkoutuu ajan mittaan. He voivat vaihtaa vanhat aurinkopaneelit tai uudelleenladattavat paristot tarpeen mukaan. Tuotteet kestävät noin 40 prosenttia pidempään tällä tavoin, ja suurin osa kuparilangoista säilyy ehjänä noin 95 prosenttia tulevia projekteja varten. Yritykset säästävät rahaa myös tekemällä samankaltaisista komponenteista useisiin tuotteihinsa sopivia. Tämänlaiset älykkäät suunnitteluratkaisut sopivat hyvin yhteen elinkaariarviointitulosten kanssa, vähentäen raaka-aineiden tarvetta ja sitä, mitä päätyy kaatopaikoille, samalla kun ne edelleen näyttävät hyviltä roikkuen puutarhoissa ja terasseilla kaikkialla.
Usein kysyttyjä kysymyksiä:
Mikä on elinkaarianalyysi (LCA)?
LCA on menetelmä arvioida tuotteen elinkaaren aikana aiheutuvia ympäristövaikutuksia raaka-aineiden hankinnasta hävitykseen asti.
Miksi aurinkopaneelit ovat merkittävä lähteenvaihe päästöissä auringonkeijuvaloissa?
Pienten aurinkopaneelien valmistus on energiakovaista, mikä lisää merkittävästi valojen kokonaishiilijalanjälkeä.
Miten akkujen vaihto vaikuttaa auringonkeijuvalojen ympäristövaikutuksiin?
Akkujen vaihtaminen joka 2–3 vuosi lisää päästöjä, koska uusien akkujen valmistus vaatii paljon resursseja ja energiaa.
Miten purkusuunnittelu voi auttaa auringonkeijuvalojen kierrätyksessä?
DfD tekee auringonvalojen purkamisesta helpompaa, jolloin komponentit kuten akut ja fotovoltaiset kennot voidaan vaihtaa tai kierrättää, mikä pidentää tuotteen käyttöikää ja vähentää kaatopaikkajätettä.
