งานวิจัยที่มีผู้ตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิที่เพิ่มมากขึ้น-กำลังท้าทายสมมติฐาน-ที่มีมายาวนานในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ นั่นคือ การเพิ่มเลเยอร์และความซับซ้อนให้กับเซลล์แสงอาทิตย์จะเพิ่มภาระด้านสิ่งแวดล้อมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การศึกษาการประเมินวัฏจักรชีวิตใหม่ (LCA) ชี้ให้เห็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ด้วยการซ้อนเซลล์ส่วนบนของ perovskite ไว้บนเซลล์ด้านล่างที่เป็นซิลิคอนแบบเดิม เทคโนโลยี PV แบบเรียงกันไม่เพียงแต่ให้ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานที่สูงขึ้นอย่างมาก แต่ยังให้ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวมที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญมากกว่า-โมดูลซิลิคอนผลึกแบบจุดเชื่อมต่อเดียว- ได้มากถึง 30 เปอร์เซ็นต์
ตัวเลข 30 เปอร์เซ็นต์: สิ่งที่งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็น
หลักฐานที่ตรงที่สุดมาจากการศึกษา LCA แบบอู่-ถึง-แบบเจาะลึกที่ตีพิมพ์ในปี 2026 ซึ่งเปรียบเทียบซิลิคอนแบบผลึก (c-Si), เพอร์รอฟสไกต์แบบสแตนด์อโลน และเพอร์รอฟสไกต์แบบไฮบริด-ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบซิลิคอนแทนเดม ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่ง: ระบบไฮบริดตีคู่บันทึกผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวมประมาณ 973 หน่วยกระแทก เทียบกับประมาณ 1,378 หน่วยสำหรับ c-Si- ซึ่งลดลงประมาณ 29.4 เปอร์เซ็นต์ การปรับปรุงนี้มีสาเหตุหลักมาจากปัจจัยสามประการ: การประมวลผลอุณหภูมิต่ำ-ที่จำเป็นสำหรับการผลิตเซลล์ส่วนบนของ perovskite- ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของสถาปัตยกรรมแบบคู่ และการใช้พลังงานและน้ำที่ลดลงต่อหน่วยไฟฟ้าที่ผลิตได้
การค้นพบนี้สอดคล้องกับงาน LCA ที่คาดหวังไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งคาดการณ์ว่าเซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่จะแสดงโปรไฟล์เชิงนิเวศน์ที่ดีกว่า- เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอนทางแยก-เดี่ยวในอนาคต เหตุผลหลักนั้นตรงไปตรงมา: ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่สูงขึ้นจะชดเชยภาระด้านสิ่งแวดล้อมในการผลิตที่สูงขึ้นเล็กน้อย โดยถือว่ามีอายุการใช้งานที่เทียบเคียงได้
นอกเหนือจากคาร์บอน: ข้อดีของผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศของ Tandem PV
ความได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมขยายไปไกลกว่าตัวชี้วัดโดยรวมไปจนถึงตัวบ่งชี้สภาพอากาศ{0}}โดยเฉพาะ การศึกษา LCA แบบพาราเมตริกเปรียบเทียบโมดูลเพอร์รอฟสไกต์/ซิลิคอน (PSK/Si) กับโมดูลซิลิคอนเฮเทอโรอิคชัน (SHJ) พบว่าสำหรับโมดูลที่ผลิตในฝรั่งเศส PSK/Si แทนเดมมีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศตั้งแต่ 5.5 ถึง 8.7 กรัม CO₂ เทียบเท่าต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ในขณะที่โมดูล SHJ มีตั้งแต่ 6.3 ถึง 9.4 กรัม CO₂ eq/kWh ปลายล่างของช่วงตีคู่หมายถึงการลดลงอย่างมีนัยสำคัญ-ประมาณ 13 เปอร์เซ็นต์-ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย
การคาดการณ์ที่ทะเยอทะยานมากขึ้นบ่งชี้ถึงศักยภาพในการลดการปล่อยคาร์บอนมากยิ่งขึ้น การศึกษาในปี 2025 จากมหาวิทยาลัย Cornell ประมาณการว่าการเปลี่ยนการผลิต PV ทั่วโลกไปใช้-ระบบ Perovskite Tandem ทั้งหมดสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนสะสมจากกระบวนการผลิตได้ 16.2 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2050 แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด การศึกษาก็พบว่า Perovskite -ซิลิคอน Tandem PV ยังคงสามารถลดการปล่อยคาร์บอนสะสมได้ถึง 10.8 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับสถานการณ์เฉพาะของซิลิคอน-เท่านั้น นอกจากนี้ การใช้งานควบคู่สามารถลดต้นทุนด้านพลังงานได้มากถึง 21.2 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ได้ต้นทุนไฟฟ้าที่ปรับระดับได้ต่ำเพียง 3.66 เซนต์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง
เหตุใด Tandem PV จึงมีรอยเท้าทางสิ่งแวดล้อมที่เบากว่า
ความเหนือกว่าด้านสิ่งแวดล้อมของโมดูลแบบเรียงกันอาจดูเหมือนขัดกับสัญชาตญาณ เนื่องจากโมดูลเหล่านี้รวมวัสดุเพิ่มเติมและขั้นตอนการผลิตเข้าด้วยกัน มีหลายปัจจัยที่อธิบายความขัดแย้งนี้
ประการแรก ขั้นตอนการผลิตเป็นจุดสำคัญด้านสิ่งแวดล้อม จากการกำหนดค่า PV ทั้งหมด การผลิตมีส่วนทำให้เกิดส่วนแบ่งการปล่อยก๊าซเรือนกระจกตลอดอายุการใช้งานและการใช้พลังงานมากที่สุด สำหรับเซลล์ซิลิคอนทางแยกเดี่ยว- การผลิตวัตถุดิบตั้งต้นโพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์-ต้องใช้ไฟฟ้าประมาณ 293 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานสูง- ขั้นตอนการผลิตทั่วทั้งห่วงโซ่อุปทานของ PV คิดเป็นประมาณ 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซทั้งหมด เทคโนโลยีใดก็ตามที่ลดปริมาณซิลิคอนที่ต้องใช้ต่อวัตต์ของเอาต์พุตจะตัดการปล่อย-ขั้นตอนการผลิตที่เข้มข้นที่สุดโดยตรง
ประการที่สอง เซลล์ด้านบนของ perovskite จะถูกประมวลผลที่อุณหภูมิต่ำ ต่างจากการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนซึ่งต้องการอุณหภูมิเกิน 1,000 องศา ชั้นเปอร์รอฟสไกต์สามารถสะสมผ่านวิธีการ-ที่ใช้สารละลายหรือวิธีใช้ไอ-ช่วยที่อุณหภูมิปานกลาง ซึ่งจะช่วยลดการป้อนพลังงานต่อเซลล์ลงอย่างมาก
ประการที่สาม ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นหมายถึงการใช้วัสดุน้อยลงสำหรับกำลังไฟฟ้าเท่าเดิม โมดูลแบบเรียงกันที่แปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า 29 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับโมดูลซิลิคอน 22 เปอร์เซ็นต์ ต้องใช้พื้นที่น้อยกว่าประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์ -ดังนั้นจึงใช้วัตถุดิบน้อยลง บรรจุภัณฑ์น้อยลง และปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากการขนส่งน้อยลง- เพื่อให้มีความจุป้ายชื่อเท่าเดิม เอฟเฟกต์ระลอกคลื่นประสิทธิภาพของวัสดุนี้เป็นประโยชน์ต่อทุกขั้นตอนปลายน้ำของวงจรชีวิต
ประการที่สี่ กลยุทธ์เศรษฐกิจหมุนเวียนช่วยเพิ่มความได้เปรียบ การศึกษาของ LCA ระบุว่าการรีไซเคิลและการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่สามารถลดต้นทุนไฟฟ้าในระดับสำหรับระบบคู่กันเป็น 0.08 เหรียญสหรัฐต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเทคโนโลยีแบบสแตนด์อโลน เมื่อมีการจัดการความเข้มข้นของวัสดุ พลังงานในการผลิต ความทนทาน และ-การสิ้นสุดของ-อายุการใช้งานของวัสดุให้เหมาะสม Perovskite tandems จะสามารถบรรลุประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่เพียงแต่สามารถเทียบเคียงได้ แต่ยังดีกว่าโมดูลซิลิคอนทั่วไปอีกด้วย
ประสิทธิภาพที่ขับเคลื่อนความยั่งยืน
กรณีด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับ PV แบบเรียงตามกันไม่สามารถแยกออกจากวิถีประสิทธิภาพได้ ในช่วงต้นปี 2026 เซลล์เรียงต่อกันของซิลิคอนของ perovskite- ได้รับประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ได้รับการรับรองที่ 34.85 เปอร์เซ็นต์ในการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ ซึ่งเหนือกว่าขีดจำกัดทางทฤษฎีของ Shockley-Queisser ที่ประมาณ 29.4 เปอร์เซ็นต์ที่จำกัด-เซลล์ซิลิคอนที่เชื่อมต่อเดี่ยว เซลล์ขนาดเชิงพาณิชย์-ตามหลังมาไม่ไกลนัก: Hanwha Qcells รายงานประสิทธิภาพ 28.6 เปอร์เซ็นต์สำหรับเซลล์-การผลิตจำนวนมาก{-พร้อมใช้ และเมื่อเร็วๆ นี้ Trina Solar ได้เปิดตัวโมดูลแบบเรียงกัน 907 วัตต์ที่มีประสิทธิภาพแผงเต็ม-ที่ 29.2 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งออกแบบมาสำหรับการผลิตจำนวนมากมากกว่าการใช้งานในห้องปฏิบัติการ เพดานทางทฤษฎีสำหรับสถาปัตยกรรมซิลิคอนแทนเดมของเพอร์รอฟสไกต์-นั้นอยู่ที่ประมาณร้อยละ 43 ทำให้เหลือพื้นที่มากมายสำหรับการปรับปรุงเพิ่มเติม
จากมุมมองการคืนทุนด้านพลังงาน ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นจะแปลโดยตรงเป็นเวลาคืนทุนด้านพลังงานที่สั้นลง (EPBT) การคาดการณ์บางอย่างบ่งชี้ว่าเพอร์รอฟสไกต์-ซิลิคอนควบคู่สามารถบรรลุค่า EPBT ที่ต่ำได้ถึง 0.2 ถึง 0.4 ปี ซึ่งมีประสิทธิภาพเหนือกว่า-ผลึกซิลิคอนเดี่ยวโดยทั่วไปในช่วงหนึ่งถึงสี่ปีอย่างมาก
การค้ากำลังดำเนินการ
ข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมของ PV แบบควบคู่มีความเกี่ยวข้องมากขึ้นเมื่อเทคโนโลยีย้ายจากห้องปฏิบัติการไปยังสายการผลิต GCL Optoelectronics ได้รับคำสั่งซื้อ-โมดูลซิลิคอนแทนเดมเชิงพาณิชย์รายแรกของจีน-โดยจัดซื้อจัดจ้าง 1.2 MW จาก-บริษัทสาธารณูปโภค Huaneng ที่รัฐเป็นเจ้าของ โดยกำหนดให้โมดูลที่ได้รับการรับรอง IEC- มีประสิทธิภาพมากกว่า 25 เปอร์เซ็นต์และการรับประกันประสิทธิภาพ 25- ปี ในสหรัฐอเมริกา Tandem PV ได้เปิดโรงงานสาธิตเชิงพาณิชย์ขนาด 40 เมกะวัตต์ในเมืองฟรีมอนต์ รัฐแคลิฟอร์เนีย โดยรายงานประสิทธิภาพของโมดูลภายในที่ร้อยละ 29.7 และการเสื่อมสภาพของพลังงานต่อปีน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ ในการทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่ง ทรินา โซลาร์ คาดว่าการจัดส่งโมดูลโมดูลควบคู่เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่จะเริ่มในปี 2571-2572
อุปสรรคที่เหลืออยู่
แม้จะมีหลักฐาน LCA ที่น่าสนใจ แต่ความท้าทายหลายประการต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่โมดูลแบบคู่จะสามารถคว้าส่วนแบ่งการตลาดที่มีความหมายได้ ความทนทาน-ในระยะยาวยังคงเป็นข้อกังวลหลัก: อุตสาหกรรมต้องการความเสถียรในการปฏิบัติงานเป็นเวลา 25- ปี ซึ่งเทียบได้กับโมดูลซิลิคอนที่สร้างขึ้น ความสม่ำเสมอในการประมวลผลในพื้นที่ขนาดใหญ่-และผลผลิตในการผลิตยังทำให้เกิดอุปสรรคทางวิศวกรรมที่สำคัญเช่นกัน เนื่องจากผู้ผลิตขยายขนาดตั้งแต่สายการผลิตนำร่องไปจนถึงการผลิตในขนาดกิกะวัตต์- นอกจากนี้ ปริมาณสารตะกั่วในวัสดุเพอร์รอฟสไกต์ยังทำให้เกิดความกังวลเรื่องความเป็นพิษซึ่งต้องได้รับการแก้ไขผ่านการห่อหุ้มและโปรโตคอลการจัดการ-เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน
อย่างไรก็ตาม การค้นพบของ LCA ชี้ให้เห็นว่าแม้จะมีสมมติฐานแบบอนุรักษ์นิยม แต่กรณีด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับ PV แบบเรียงกันก็มีความแข็งแกร่งอยู่แล้ว การวิเคราะห์ความไม่แน่นอนที่รวมการเปลี่ยนแปลงของอายุการใช้งานและสถานการณ์การเสื่อมสภาพยังคงแสดงให้เห็นว่า PSK/Si ควบคู่กันทำงานได้ดีกับโมดูลจุดแยกซิลิคอนในพารามิเตอร์ที่หลากหลาย
บทสรุป
หลักฐานมีความชัดเจนมากขึ้น: เพอร์รอฟสไกต์-ซิลิคอนแทนเดม PV ไม่เพียงแต่เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า-เมื่อเทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์แบบซิลิคอนทั่วไปเท่านั้น นอกจากนี้ยังเป็นผลกระทบที่ต่ำกว่า-อีกด้วย ด้วยการลดความเข้มของวัสดุและการใช้พลังงานที่จำเป็นในการผลิตไฟฟ้าสะอาดในแต่ละกิโลวัตต์- ชั่วโมง โมดูลแบบคู่จึงนำเสนอแนวทางในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไม่เพียงแต่ในโครงข่ายไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงกระบวนการผลิตของเทคโนโลยีเดียวกันที่ลดการปล่อยคาร์บอนด้วย เนื่องจากขนาดการผลิตเชิงพาณิชย์และความทนทานดีขึ้นในช่วงหลายปีข้างหน้า ความได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อม 30 เปอร์เซ็นต์ที่ระบุในการศึกษา LCA ในปัจจุบันอาจพิสูจน์ได้ว่าเป็นแบบอนุรักษ์นิยม
