Postadress: Besöksadress: Telefon:
Solenergi i byggbranschen
-
Mobila solpanelers miljöpåverkan ur ett
livscykelperspektiv
Solar energy in the construction industry
-
The environmental impact of mobile solar
panels from a life cycle perspective
Lydia Hagström
Jennifer Karlsson
EXAMENSARBETE
2020
Detta examensarbete är utfört vid Tekniska Högskolan i Jönköping inom Byggnadsteknik. Författarna svarar själva för framförda åsikter, slutsatser och resultat. Examinator: Hamid Movaffaghi
Handledare: Thomas Olsson Omfattning: 15 hp
Abstract
Purpose: Solar energy is the fastest growing energy source with the purpose of
harvesting energy in an environmentally favourable way. The member countries of UN agree that the global warming must be prevented. The Swedish parliament is giving financial investment support for those who want to invest in solar energy and in some construction projects solar panels have seen been mounted on construction establishments. The problem is the uncertainty as to whether the electricity produced by a mobile solar panel is environmentally favourable to the electricity it replaces. The study aims to investigate whether it is possible to reduce the environmental impact during the production phase in construction projects by installing solar panels on top of the establishment of the construction sites.
Method: The methods used to investigate whether the concept is environmentally
favourable are document analysis and interviews. The multi-criteria analysis method has been performed to analyse the data collected.
Findings: The results of the multi-criteria analysis show the most suitable solar panel
for the concept. The total greenhouse gas emissions of the solar panel from a life cycle perspective, including electricity produced, was 75,4 g CO2e/kWh. Sweden's electricity
mix causes an emission of 47 g CO2e/kWh. This concludes that the concept is not
environmentally favourable in Sweden. Finally, greenhouse gas emissions for European countries electricity mixes were compared with the concept's greenhouse gas emissions in different scenarios. In summary, the study's results, based on the study's goals, show that the concept does not contribute to reducing the environmental impact of the construction industry during the production phase in today's current circumstances.
Implications: The elements, installation and disassembles of the solar panels is
insignificant in the probable scenario. These elements are not a critical factor in the concept's environmental final result. Further, neither greenhouse gas emissions caused by manufacturing nor transportation are critical elements of the end result. Thus, it is the recycling process that causes the most emissions during the solar panel's life cycle. A plan for a concrete recycling process is the crucial factor for whether Sweden's investment in solar energy will be environmentally beneficial. The plan must be designed and implemented before today's installed solar panels reach the end of their life and need to be recycled. When the emissions caused during a solar panel's lifetime are less than the emissions caused by Sweden's electricity mix, the concept is environmentally favourable.
Limitations: The study does not consider any economic or social aspects. The study
investigates neither projects shorter than 0,5 years or projects longer than 5 years, nor other places than Jönköping. Furthermore, solar panels at the research stage have not been investigated. In the life cycle analysis, neither variables that can affected by different conditions or the scenario where the solar panel would not be rented constantly were not considered. The consequence of these limitations is that the result is not generally applicable and is only applicable in the case that the study is investigating.
Keywords: Solar energy, carbon dioxide equivalent (CO2e), multi-criteria analysis, life
Sammanfattning
Syfte: Solenergi är den snabbast växande energikällan i dagens samhälle med syfte att
använda en miljömässigt gynnsam teknik att utvinna energi på. FN:s medlemsländer är överens om att den globala uppvärmningen måste stoppas. I Sverige skjuter riksdagen till investeringsstöd för de som vill investera i solenergi och redan nu har solpaneler i vissa byggprojekt monterats på byggbodar för att ersätta en del av projektens el med el från solenergi. Problemet är ovissheten om huruvida elen producerad av en mobil solpanel är miljömässigt gynnsam i det fall den ersätter Sveriges el-mix. Målet med studien är att undersöka om det är möjligt att minska miljöpåverkan under produktionsskedet i byggprojekt med hjälp av byggbodar inklusive solpaneler.
Metod: De metoder som använts för att undersöka om konceptet är miljömässigt
gynnsamt är dokumentanalys och intervju. Analysmetoden multikriterieanalys har genomförts för att analysera insamlade data.
Resultat: Resultatet från multikriterieanalysen visar den mest lämpliga solpanelen för
konceptet. Solpanelens totala växthusgasutsläpp ur ett livscykelperspektiv där producerad el inkluderats uppgick till 75,4 g CO2e/kWh. Sveriges el-mix orsakar ett
utsläpp på 47 g CO2e/kWh vilket innebär att konceptet inte är miljömässigt gynnsam i
Sverige. Slutligen illustrerades växthusgasutsläppen för europeiska länders el-mixar och jämfördes med konceptets växthusgasutsläpp i olika scenarion. Sammanfattningsvis visar studiens resultat, med utgångspunkt i studiens mål, att konceptet inte bidrar till att minska byggbranschens miljöpåverkan under produktionsskedet i dagsläget.
Konsekvenser: Slutligen visar resultatet av studien att momentet, montering och
demontering, som skiljer en mobil solpanel från en permanent monterad solpanel är försumbart i ett troligt scenario. Momentet är inte en avgörande faktor för konceptets miljömässiga gynnsamhet, vidare är varken växthusgasutsläppet orsakat av tillverkning eller transport avgörande moment för slutresultatet. Det är alltså återvinningsprocessen som orsakar högst utsläpp under solpanelens livscykel. En plan om en konkret återvinningsprocess är den avgörande faktorn för om Sveriges investering i solenergi kommer att vara miljömässigt gynnsam. Planen måste utformas och verkställas innan dagens installerade solpaneler är uttjänta och behöver återvinnas. När utsläppen orsakade under en solpanels livstid understiger utsläppen orsakade av Sveriges el-mix är konceptet miljömässigt gynnsamt.
Begränsningar: Arbetet begränsas och tar inte hänsyn till ekonomiska och sociala
aspekter. Arbetet undersöker varken projekt kortare än 0,5 år eller projekt längre än 5 år, inte heller andra platser än Jönköping. Vidare har inte solpaneler i forskningsstadiet undersökts. I livscykelanalysen har inte heller variabler som påverkats av olika förhållanden eller scenariot där solpanelen inte skulle hyras ut konstant, och därmed ha behovet av förvaring, beaktats. Konsekvensen av dessa avgränsningar blir att resultatet inte är generellt applicerbart och är endast tillämpligt i det fall som studien undersöker.
Nyckelord: Solenergi, koldioxidekvivalent (CO2e), multikriterieanalys,
Innehållsförteckning
1
Inledning ... 6
1.1 BAKGRUND ... 6 1.2 PROBLEMBESKRIVNING ... 6 1.3 MÅL OCH FRÅGESTÄLLNINGAR ... 7 1.4 AVGRÄNSNINGAR ... 7 1.5 DISPOSITION ... 82
Metod och genomförande ... 9
2.1 UNDERSÖKNINGSSTRATEGI ... 9
2.2 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH METODER FÖR DATAINSAMLING ... 9
2.3 LITTERATURSTUDIE ... 10
2.4 VALDA METODER FÖR DATAINSAMLING ... 11
2.4.1 Dokumentanalys ... 11 2.4.2 Intervjuer ... 11 2.4.3 Multikriterieanalys ... 11 2.5 ARBETSGÅNG ... 11 2.6 TROVÄRDIGHET ... 12
3
Teoretiskt ramverk ... 14
3.1 KOPPLING MELLAN FRÅGESTÄLLNINGAR OCH OMRÅDE ... 14
3.2 ELPRODUKTION ... 15
3.2.1 Elproduktionstekniker och dess miljöpåverkan ... 15
3.3 SOLENERGI ... 16 3.3.1 Återvinningsprocess för en solpanel ... 17 3.4 SOLCELLSTYPER ... 17 3.4.1 Multijunction cell ... 17 3.4.2 Kiselbaserade solceller ... 17 3.4.3 Koppar-Indium-Gallium-Selen-solceller (CIGS) ... 18 3.4.4 Kadmium-Tellurid-solceller (Cd-Te) ... 18 3.4.5 Perovskit solceller ... 18
3.4.6 Nanotrådsolceller ... 18
3.4.7 Dye-sensitized solceller (DSSC) ... 18
3.4.8 Koncentrerade och icke-koncentrerade solceller ... 18
3.5 LIVSCYKELANALYS ... 18
3.6 MULTIKRITERIEANALYS ... 19
3.7 SAMMANFATTNING AV VALDA TEORIER ... 20
4
Empiri ... 21
4.1 SOLPANELER ... 21
4.2 MILJÖPÅVERKAN UR ETT LIVSCYKELPERSPEKTIV ... 22
4.2.1 Miljöpåverkan vid produktion ... 22
4.2.2 Miljöpåverkan vid transport ... 22
4.2.3 Miljöpåverkan vid montering och demontering ... 23
4.2.4 Miljöpåverkan vid återvinning eller skrotning ... 24
4.3 ELPRODUKTION ... 25
4.4 VÄXTHUSGASUTSLÄPP FÖR EUROPEISKA LÄNDERS EL-MIXAR ... 26
4.5 SAMMANFATTNING AV INSAMLAD EMPIRI ... 26
5
Analys och resultat ... 28
5.1 MULTIKRITERIEANALYS ... 28 5.1.1 Urval solpaneler ... 28 5.1.2 Kriterier i multikriterieanalysen ... 28 5.1.3 Poängsättning av solpaneler ... 29 5.1.4 Viktning av kriterier ... 29 5.1.5 Slutbetyg ... 30 5.1.6 Känslighetsanalys ... 30
5.2 MILJÖPÅVERKAN UR ETT LIVSCYKELPERSPEKTIV ... 31
5.2.1 Miljöpåverkan vid produktion ... 31
5.2.2 Miljöpåverkan vid transport ... 31
5.2.3 Miljöpåverkan vid montering och demontering ... 32
5.4 TOTAL MILJÖPÅVERKAN ... 34
5.5 FRÅGESTÄLLNING 1 ... 35
5.6 FRÅGESTÄLLNING 2 ... 35
5.7 FRÅGESTÄLLNING 3 ... 36
5.8 KOPPLING TILL MÅLET ... 37
6
Diskussion och slutsatser ... 38
6.1 RESULTATDISKUSSION ... 38 6.1.1 Frågeställning 1 ... 38 6.1.2 Frågeställning 2 ... 38 6.1.3 Frågeställning 3 ... 40 6.2 METODDISKUSSION ... 40 6.3 BEGRÄNSNINGAR ... 41
6.4 SLUTSATSER OCH REKOMMENDATIONER ... 41
6.5 FÖRSLAG TILL VIDARE FORSKNING ... 42
Referenser ... 44
1 Inledning
Rapporten ingår som ett moment i kursen Examensarbete 15hp vårterminen 2020 som ges vid Tekniska Högskolan i Jönköping. Rapporten utförs i samarbete med Peab Sverige AB och undersöker om det är möjligt att minska miljöpåverkan i byggprojekt med hjälp av konceptet byggbodar inklusive solpaneler.
1.1 Bakgrund
Förbränningen av fossila bränslen och utsläppet av växthusgaser har bevisats vara en av de största orsakerna till klimatförändringar i världen (Letcher, 2019). Den globala uppvärmningen som sker visar att målet, som ingick i Parisavtalet, om att begränsa jordens uppvärmning till 1,5°C är ouppnåeligt och kommer att behöva justeras till 1,8°C eller 2°C. För att uppnå målet måste energiutvinning ur fossila bränslen ersättas med energiutvinning ur bränslen med nettonollutsläpp (Chris, 2019).
De vanligaste formerna av förnyelsebar energi är vindkraft, vattenkraft och solenergi. Dessa källor förnyas kontinuerligt och i snabb takt till skillnad från fossila bränslen (Jordbruksverket, 2018). Den snabbast växande energikällan är solenergi (Phillips, 2019) som blivit en konkurrenskraftig kommersiell produktion då verkningsgraden stigit och kostnaderna sjunkit (Bagnall & Boreland, 2008).
Klimatmålen, klimatlagen och det klimatpolitiska rådet är en del av Sveriges riksdags klimatpolitiska ramverk, som tagits fram för att skapa struktur i klimatpolitiken. I klimatmålet står det att Sverige, senast år 2045, ska vara ett fossilfritt land och nå nettonollutsläpp. Det innebär att verksamheter i Sverige ska släppa ut mindre koldioxid än det som tas upp av naturen (Regeringskansliet, 2017).
År 2018 förbrukade Sverige 126 TWh elektricitet. Sveriges elproduktion består till största del av vatten- och kärnkraft vilka motsvarar knappt 80% av den totala elproduktionen (Energimyndigheten, 2019b). Mängden energi utvunnen från vattenkraft beror på mängden nederbörd då den utvinns ur vattnets rörelse. Detta har resulterat i en ökad mängd energiutvinning från fossila bränslen de år då vattenkraften inte producerat tillräcklig energi (Ekonomifakta, 2020). Sverige har en låg andel elproduktion från fossila bränslen i jämförelse med andra länder och uppgår till 2% (Energiföretagen, 2020).
Sveriges befolkning ökar kontinuerligt och parallellt ökar energianvändningen samt utsläppet av växthusgaser. Sveriges befolkning kommer att överstiga 11 miljoner år 2028. För att täcka bostadsbehovet mellan åren 2018–2027 kommer 640 000 bostäder behöva produceras. I genomsnitt behöver 64 000 bostäder färdigställas årligen (Boverket, 2018). Redan nu har bygg- och fastighetssektorn en stor påverkan på klimatet genom utsläpp av växthusgaser. År 2016 stod sektorn för 21% av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser (Boverket, 2019).
1.2 Problembeskrivning
Solenergi blir en allt vanligare energikälla i Sverige och fler byggnader blir försedda med solceller i syfte att öka andelen förnyelsebar energi (Mundaca & Samahita, 2020). Detta framgår även av Sveriges vårbudget för 2020 där förslaget om att skjuta in ytterligare 200 Mkr till investeringsstödet för solceller presenteras, utöver de 835 Mkr som ingår i Energiteknikstödet (Energimyndigheten, 2019a; NyTeknik, 2020). I
ur fossila bränslen (Martins, Felgueiras & Smitková, 2018). Det ledande landet för tillverkning av solpaneler är Kina (Chen, 2015) som också är världens största producent och konsument av kol (Bloch, Rafiq & Salim, 2015). Elen som solpanelerna ersätter kommer från Sveriges el-mix som till största del består av kärn- och vattenkraft vilket ger en låg andel energi utvunnen från fossila bränslen (Martins, Felgueiras & Smitková, 2018).
I dag finns det byggbodar med solpaneler (bilaga 46) (Selin, 2014), men trots sökningar efter forskning på hur lönsam denna typ av användning av solpaneler är, ur ett miljömässigt perspektiv, fanns inga studier som berörde ämnet. Ett koncept bestående av en byggbod inklusive solpaneler skulle innebära att solpanelerna inte är permanent monterade på en och samma plats under sin livstid. De förflyttas då byggtiden är slut till ett nytt byggprojekt och blir således mobila. Energiåterbetalningstiden för en permanent monterad solpanel som återvinns vid slutet av sin livstid är förhållandevis kort (Vellini, Gambini & Prattella, 2017) jämfört med den generella livslängden på 25 år (Olalla, Maksimovic, Deline & Martinez-Salamero, 2017). Efter ett antal år är solpanelen energimässigt gynnsam (Vellini, Gambini & Prattella, 2017). Hänsyn ska dock tas till fördelningen mellan andelen elektricitet utvunnen ur fossila bränslen respektive förnyelsebara källor i ett lands el-mix. Detta för att ta hänsyn till solpanelens miljöpåverkan under dess livstid. Den totala miljöpåverkan för en permanent solpanel (Vanky, 2018) går inte att applicera på mobila solpaneler. Momentet där solpanelen monteras och demonteras upprepade gånger måste adderas för att undersöka växthusgasutsläppet och där igenom miljöpåverkan för detta koncept.
1.3 Mål och frågeställningar
Målet med studien är att undersöka om det är möjligt att minska miljöpåverkan under produktionsskedet i byggprojekt med hjälp av konceptet byggbodar inklusive solpaneler.
1. Vilken solpanel passar konceptet baserat på framtagna kriterier?
2. I vilken utsträckning kan miljöpåverkan orsakad av byggbodars elförbrukning reduceras genom applicering av mobila solpaneler?
3. Vart går gränsen för att det ska vara miljömässigt gynnsamt för ett land att investera i konceptet?
1.4 Avgränsningar
§ Arbetet avgränsas och tar inte hänsyn till olika geografiska positioner för byggboden inklusive solpaneler.
§ Ekonomiska och sociala aspekter tas ej hänsyn till i undersökningen. § Arbetet kommer inte att undersöka solcellstyper i forskningsstadiet.
§ Byggtiden för projekt kommer inte att vara kortare än 0,5 år eller längre än 5 år. § Solpanelen kommer inte förvaras på ett lager eller liknande mellan olika byggprojekt och därför inte upphöra att hyras ut. Den kommer att vara konstant uthyrd.
§ Inga andra variabler än Sveriges, exempelvis solinstrålning och transportsträcka, i solpanelens livscykel kommer att tas hänsyn till när frågeställning tre undersöks.
1.5 Disposition
Kapitel 1 – Inledning, här presenteras rapportens bakgrund, problembeskrivning, syfte, mål och frågeställningar samt avgränsningar.
Kapitel 2 – Metod och genomförande, här presenteras valda metoder med hänsyn till frågeställning. Arbetsgången redovisas och trovärdigheten säkerställs.
Kapitel 3 – Teoretiskt ramverk, här presenteras teorier och data som vidare stärker resonemang och slutsatser i analys- och resultatdelen av rapporten.
Kapitel 4 – Empiri, här presenteras den primärdata som har samlats in inför genomförandet av multikriterieanalysen. Empiri i form av ingående aktiviteter och dess energiåtgång samt miljöpåverkan, under en mobil solpanels livscykel samlas även in. Slutligen presenteras Europas länders el-mixars miljöpåverkan.
Kapitel 5 – Analys och resultat, här presenteras och analyseras den insamlade empirin i relation till det teoretiska ramverket, för att kunna besvara frågeställningarna och uppnå målet. Multikriterieanalysen genomförs och resultatet presenteras. Vidare analyseras den valda solpanelens miljöpåverkan och jämförs med miljöpåverkan orsakad av Sveriges el-mix. Solpanelens miljöpåverkan jämförs även med andra europeiska länders el-mixars miljöpåverkan. Resultatet presenteras därefter.
Kapitel 6 – Diskussion och slutsatser här presenteras en sammanfattning av studiens resultat. Därefter diskuteras resultatet, arbetsgången och konsekvenserna av arbetet. Vidare beskrivs studiens begränsningar. Därefter formuleras konkreta slutsatser och rekommendationer, baserat på resultatet. Kapitlet avslutas med förslag på vidare forskning.
2 Metod och genomförande
Detta kapitel redogör för studiens undersökningsstrategi, koppling mellan frågeställningar och metoder för datainsamling, litteraturstudie, valda metoder för datainsamling, arbetsgång och trovärdighet.
2.1 Undersökningsstrategi
Baserat på hur informationen som har samlats in kommer genereras, bearbetas och analyseras kan arbetet vara kvalitativt eller kvantitativt inriktat. Med kvantitativt inriktad forskning menas att den data som samlas in består av mätningar som analyseras. En mätning innebär att tilldela numeriska värden till det objekt som studeras. Till en kvalitativ inriktad forskning samlas data in som ofta består av intervjuer och tolkande analyser. Där finns även utrymme för personliga värderingar (Patel & Davidson, 2011).
För att angripa problemet i undersökningen kommer en kombination av de båda ansatserna att tas, arbetet kommer dock främst präglas av en kvantitativ ansats. Databladen, multikriterieranalysen och de mobila solpanelernas miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv har alla en kvantitativ ansats. Viktningen av kriterier, som ingår i multikriterieanalysen, och intervjuerna har influerat arbetet med en kvalitativ ansats.
2.2 Koppling mellan frågeställningar och metoder för
datainsamling
1. Vilken solpanel passar konceptet baserat på framtagna kriterier?
För att besvara den första frågeställningen (figur 1) har datainsamlingsmetoden dokumentanalys använts. Således kunde de relevanta delarna i solpanelernas datablad sorteras ut. Statistik och mätresultat för solpanelernas egenskaper sammanställdes i multikriterieanalysen. Multikriterieanalysen användes som metod för att analysera insamlade data och besvara frågeställningen.
2. I vilken utsträckning kan miljöpåverkan orsakad av byggbodars elförbrukning reduceras genom applicering av mobila solpaneler?
Den andra frågeställningen (figur 1) besvarades genom dokumentanalys samt intervjuer. Dokumentanalysen gav grund i form av statistik och mätresultat för att beräkna den utvalda solpanelens miljöpåverkan under dess olika livscykelskeden. Beräkningar av den producerade elen utfördes i ett simuleringsprogram av Glacell, som är en återförsäljare av solpaneler i Sverige. Kvalitativa intervjuer genomfördes för att undersöka företags arbetssätt vid montering och demontering av solpaneler. Med den insamlade empirin kunde beräkningarna sammanställas i tabeller och jämföras med elen som solpanelen potentiellt skulle ersätta.
3. Var går gränsen för att det ska vara miljömässigt gynnsamt att investera i konceptet?
Den sista frågeställningen (figur 1) besvarades med hjälp av ytterligare dokumentanalys där statistik över europeiska länders el-mix studerades. I en jämförelse mellan hur stora växthusgasutsläpp europeiska länders el-mixar orsakar och hur stora växthusgasutsläpp solpanelen orsakar kunde en gräns dras där konceptet är gynnsamt ur ett miljömässigt perspektiv.
Figur 1. Koppling mellan datainsamlingsmetoder och frågeställningar.
2.3 Litteraturstudie
Det finns olika typer av en litteraturstudie. I denna studie har en allmän och en systematisk litteraturstudie genomförts. Den allmänna litteraturstudien utförs för att beskriva kunskapsläget inom det valda området (Barajas, Forsberg & Wengström, 2013). För att sedan skapa en förståelse och kunna utse den solpanel som är lämpad för ändamålet krävdes en systematisk litteraturstudie. Den systematiska litteraturstudien syftar till att täcka alla kunskapsluckor för att göra studien relevant inom det givna området (Barajas, Forsberg & Wengström, 2013).
Litteraturstudien har utförts med en strategi om att bygga upp en kunskapsbank inom det relevanta området för att genomföra studien. Detta genom att ta del av artiklar för att ge en vetenskaplig grund till det teoretiska ramverket. Strategin har varit att använda sökord som gav ett begränsat sökresultat för att få träffar på relevanta och uppdaterade publikationer som möjligt. De databaser som använts har valts utifrån studiens tekniska ändamål och innehåller publikationer som berör det behandlade ämnet. Sökord som använts frekvent: PV, photovoltaic, portable, movable, energy payback
time, carbon footprint, kiselsolcell, monokristallina, polykristallina, silicon, thin-film, multijunction, singel-junction, perovskite, dye-sensitized, CIGS, CdTe, nanotrådssolcell, grätzelceller, concentrated solarpanels, solar energy, elproduktion, vindkraft, vattenkraft, kärnkraft, fossila bränslen, geotermisk värme, fjärrvärme.
2.4 Valda metoder för datainsamling
Nedan presenteras de metoder som använts för datainsamling.
2.4.1 Dokumentanalys
Den empiriska vetenskapliga metoden dokumentanalys används i denna undersökning. Metoden används för att ta del av information och dra slutsatser på ett alternativt sätt. På detta sätt kan de viktigaste delarna sorteras ut och sammanställas (Petersson, 2011).
2.4.2 Intervjuer
Intervju är en datainsamlingsmetod som innebär att en eller flera personer ställer frågor till en annan person eller grupp. Intervjuer kan ske exempelvis via telefon eller ansikte mot ansikte. En intervju kan vara strukturerad eller ostrukturerad. En strukturerad intervju hålls med hjälp av en frågelista som intervjuaren följer under intervjun. Frågor ställs så att svaret blir mer exakt än i en öppen intervju. Svaren som ges varierar och påverkas beroende på situation. Annat som kan påverka är kön, ålder och utbildningsnivå. Beroende på svar kan även kompletteringsfrågor ställas för att få önskat djup på svaren (Kylén, 2004).
2.4.3 Multikriterieanalys
En multikriterieanalys är ett strukturerat arbetssätt som används för att bestämma vilket av olika alternativ som är mest lämpade för ett ändamål. Det finns flera varianter av en multikriterieanalys exempelvis den linjära additiva metoden som är en förenklad variant av multi-attributmetoden (Naturvårdsverket, 2009).
2.5 Arbetsgång
Sekundärdata har samlats in i form av litteraturstudie och dokumentanalys. Detta för att få kunskap om och bygga upp en förståelse kring det aktuella ämnet samt få en uppfattning om hur långt forskningen kommit. Insamlandet har skett via publikationer i databaser som gett relevant kunskap. Även utformning av, samt hur en livscykel- och multikriterieanalys genomförs har studerats.
För att analysera data har en multikriterieanalys utförts. Analysen syftar till att besvara den första frågeställningen. Mätresultat inhämtades från solpanelproducenternas datablad och sammanställdes i multikriterieanalysen. Kriterierna i analysen valdes baserat på vilka egenskaper som ansågs vara viktiga för en solpanel i ändamålet. I multikriterieanalysen analyserades endast solcellstyper för kommersiellt bruk.
I analysen analyserades 14 solpaneler av olika typ, fabrikat och modell. Kriterierna som valts ut viktades mot varandra för att de mest betydande kriterierna för ändamålet skulle gynnas. Solpanelerna poängsattes med skalan 1–10. Poängsättningen utfördes med beaktande av de olika solpanelernas värden i de olika kriterierna.
Varje solpanels viktade poängsättning summerades och ett slutbetyg för solpanelen beräknades. Från resultatet av multikriterieanalysen kunde den mest lämpade solpanelen för konceptet konstateras. Solpanelen med högst slutbetyg ansågs vara den mest lämpade för konceptet. Slutligen utfördes en känslighetsanalys för de områden som berörts av tolkningar av data och värderingar som kan ha påverkat slutresultatet. Solpanelen med högst slutbetyg i multikriterieanalysen analyserades vidare i frågeställning 2 där solpanelens miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv undersöktes. Baserat på undersökningen kunde växthusgasutsläppet för solpanelen beräknas i g
CO2e och den genererade elektriciteten beräknas i kWh. Kvalitativa intervjuer
genomfördes för att undersöka olika företags arbetssätt vid montering och demontering av solpaneler. Intervjuerna i undersökningen skedde via telefon och genomfördes med hjälp av en frågelista bestående av 18 frågor. Beroende på svar ställdes även kompletteringsfrågor för önskat djup på svaret. Intervjuerna som utfördes i undersökningen var semistrukturerade. Respondenterna representerade varsitt företag och företagets arbetssätt, därav fanns det inte utrymmen för personliga åsikter och värderingar.
Statistik, mätresultat och beräkningar för livscykelskedena sammanställdes och redovisades i tabeller och text. Den insamlade empirin kunde i sin tur besvara i vilken utsträckning miljöpåverkan orsakad av byggbodars elförbrukning kunde reduceras genom applicering av mobila solpaneler.
Med utgångspunkt i solpanelens utsläpp av växthusgaser har en jämförelse med andra europeiska länders el-mixars växthusgasutsläpp utförts för att på ett illustrativt sätt visa när konceptet blir miljömässigt gynnsamt.
2.6 Trovärdighet
Validitet och reliabilitet är viktiga utgångspunkter för att arbetet ska präglas av trovärdighet. Patel och Davidsson (2011) förklarar att reliabilitet syftar till att rätt verktyg för att undersöka används och validitet syftar till att rätt sak undersöks. De menar att när reliabiliteten är fullständig ges möjligheten till fullständig validitet. När vetskapen om vad som ska undersökas är fastställd kan arbetet för att bygga upp en hög validitet påbörjas. I denna studie, som dels bygger på kvantitativa metoder, behöver mätinstrumentet fungera för att få en tillförlitlig mätning. Genom att utgå från undersökningens frågeställningar och mål säkerställdes undersökningens validitet. Under arbetets första del har litteraturstudier genomförts i utbildande syfte för att få en större förståelse och vetskap inom undersökningsområdet och därmed höja arbetes validitet. Information om vilka typer av solceller som finns på marknaden eller i forskningsstadiet, hur solenergi och andra typer av tekniker fungerar samt vilka olika stadier som ingår i en solpanels livscykel har bearbetats.
För att arbetet och undersökningen ska präglas av hög reliabilitet behöver ett eller flera tillförlitliga verktyg användas. Verktyget ska ge stabila utslag och ge andra undersökare förutsättningen att komma fram till samma svar (Patel & Davidsson, 2011). När solpanelen skulle utses användes en multikriterieanalys som verktyg. Multikriterieanalysen utformades med grund i vetenskapliga artiklar kring beslutsteorier. Analysmetoden går att applicera på andra solpaneler än de som ingår i undersökningen och vid en sådan applikation skulle resultaten gå att jämföra vilket säkerställer mätinstrumentets tillförlitlighet. Däremot kan den subjektiva synen som författarna, och i detta fall även beslutsfattarna för viktning och poängsättning av kriterier, ha påverkat mätinstrumentets tillförlitlighet och därmed påverkat resultatet. Det andra verktyget som undersökningen utgått från var en livscykelanalys med fokus på global uppvärmning för att undersöka den utvalda solpanelens växthusgasutsläpp mätt i g CO2e. Då undersökningen endast utförts ur ett livscykelperspektiv, och inte
som en ren livscykelanalys, har avgränsningar gjort som beskrivs i avsnittet 1.4
Dokumentanalyserna har genomförts med hjälp av insamlad empiri i form av statistik, mätresultat och beräkningar från vetenskapliga artiklar och produktdatablad vilket stärker validiteteten. Kriterierna valdes och viktades för att säkerställa högsta möjliga produktion av elektricitet från solpanelerna och samtidigt säkerställa att solpanelerna tål den hantering konceptet i undersökningen medför, dock kan reliabiliteten sjunka på grund av författarnas subjektiva syn vid viktningen. Mätresultat och beräkningar på den utvalda solpanelens miljöpåverkan under dess livscykel samlades in via dokument från producenten, andra relevanta aktörer och vetenskapliga artiklar, som stärker validiteten. Intervjuerna hölls semistrukturerade för att få reda på den exakta processen när ett företag monterar och demonterar solpaneler för att stärka validiteten, men även ge utrymme för respondentens egna tankar och reflektioner.
Trovärdigheten för resultatet på den tredje frågeställningen beror på de tidigare frågeställningarna och illustrationen av de europeiska ländernas el-mixar grundas i reliabiliteten för statistikens källa.
3 Teoretiskt ramverk
Kapitlet redogör för teorier som tillsammans med studiens insamlade empiri kommer besvara frågeställningarna. Elproduktionstekniker och dess miljöpåverkan, hur solenergi fungerar, kommersiella solcellstyper och de i forskningsstadiet, hur en livscykelanalys utförs samt hur en multikriterieanalys utförs presenteras.
3.1 Koppling mellan frågeställningar och område
Nedan redovisas kopplingen mellan frågeställningar och teorier, vilket illustreras i figur 3. Även kopplingen mellan de tre frågeställningarna framgår av figur 2.
Figur 2. Koppling mellan frågeställningar och teorier samt mellan de tre frågeställningarna.
I avsnitt 3.2 redovisas Sveriges el-mix, olika typer av elproduktionstekniker och dess miljöpåverkan som underlag för att jämföra miljöpåverkan orsakad av Sveriges el-mix med den el som solpanelen ersätter. För att besvara den andra och tredje frågeställningen (figur 2) kommer information om olika elproduktionstekniker och dess miljöpåverkan att jämföras med solpanelens miljöpåverkan.
I avsnitt 3.3 redovisas vad solenergi är och hur ett solpanelssystem fungerar. Här framgår även vad som kan påverka en solcells elproduktion och hur detta är kopplat till energiåterbetalningstiden. En beskrivning av vad solinstrålning är redovisas för att kunna föra en argumentation i diskussionsavsnittet då resultatet av solpanelens miljöpåverkan kan variera exempelvis från land till land. Begreppen verkningsgrad, effekt och robusthet beskrivs för underlag till kriterierna i multikriterieanalysen. En alternativ återvinningsprocess för en solpanel redovisas som underlag till kommande resonemang i diskussionsavsnittet.
Vidare i avsnitt 3.4 beskrivs olika solcellstekniker och kommersiella paneler respektive paneler i forskningsstadiet. Detta för att skapa en förståelse för vilka solcellstekniker som finns samt sätta grundläggande begrepp i ett sammanhang och vilka tekniker som är relevanta för undersökningen. Informationen har använts när solpaneler från olika producenter skulle utses samt för att välja ut en lämplig solpanel till konceptet byggbodar inklusive solpaneler och därmed besvara den första frågeställningen (figur 2).
Slutligen i avsnitt 3.5 redovisas teori kring vad livscykelanalys är och hur den används. Vilket ger underlag för att besvara den andra frågeställningen (figur 2) där en specifik solpanels miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv ska bestämmas samt solpanelens elproduktion under dess livstid.
3.2 Elproduktion
Sveriges elproduktion består till 80% av vattenkraft och kärnkraft. Majoriteten av resterande elproduktion är vindkraft och kraftvärme. Beroende på mängden nederbörd under ett år kan mängden producerad el från vattenkraftverk variera. Under torrår kan förbränning av fossila bränslen kompensera förlusten av energi från vattenkraftverk (Energimyndigheten, 2018a). Sveriges elproduktion består till ungefär 2% av energi utvunnen ur kol, olja och naturgas (Energiföretagen, 2020).
3.2.1 Elproduktionstekniker och dess miljöpåverkan
Vanliga elproduktionsteknikerna med lågt växthusgasutsläpp är vindkraft, vattenkraft, geotermisk energi och kärnkraft. Vindkraft, vattenkraft och geotermisk energi är tekniker där förnyelsebara energikällor används som har ett lågt växthusgasutsläpp (IVA, 2015). Även kärnkraftverk har låga växthusgasutsläpp men använder inte förnyelsebara energikällor (IVA, 2015; Vanky, 2018).
El kan även produceras i värmekraftverk som drivs av förbränning av biobränsle, kol, olja eller naturgas. Kol och olja är fossila bränslen som har det högsta koldioxidutsläppet per produceras kilowattimme el (Turconi, Boldrin & Astrup, 2013). Även naturgas är ett fossilt bränsle men med ett mindre koldioxidutsläpp, det bildas heller ingen aska eller annan restprodukt vid förbränning (IVA, 2015). Miljöpåverkan som en följd av förbränning av biobränsle beror på vilka växter som används, var och hur de odlas samt hur bränslet transporteras (IVA, 2015).
3.3 Solenergi
Solpaneler består av fotovoltaiska celler, ljuskänsliga halvledardioder, som omvandlar solenergi till likström. Likströmmen leds till en växelriktare där den omvandlas till växelström. Växelströmmen används sedan av den lokala anläggningen, potentiellt överskott går igenom en elmätare och säljs till det lokala elnätet (figur 3) (Energirådgivningen, 2016).
Figur 3. Systemlösning för ett solpanelssystem (Energirådgivningen, 2016).
En solcells generella livslängd är 25–30 år (Olalla, Maksimovic, Deline & Martinez-Salamero, 2017). Idag finns möjlighet att tillverka högkvalitativa PV solceller med en livslängd upp mot 50 år (Poulek, Strebkov, Persic & Libra, 2012) och en verkningsgrad på 47,1% har uppmätts (NREL, 2020).
Verkningsgrad (u.å) är förhållandet mellan utnyttjad energi och tillförd energi. Ju större andel utnyttjad energi desto högre verkningsgrad.
Effekt (u.å) är ett mått på hur mycket energi som överförs från ett system till ett annat under en viss tid.
Robusthet (u.å) innebär hur väl en konstruktion tål påfrestningar. Den kan mätas i pascal (u.å) vilket är en fysikalisk enhet som anger tryck och mekanisk spänning. Mängden producerad elektricitet beror exempelvis på: solinstrålning, orientering och vinkel på solpaneler, skuggande objekt samt snö och smuts på solpanelerna (SVEA SOLAR, u.å.). Solinstrålning är ett mått på mängden solenergi som träffar en given yta under en given tid. Det mäts vanligen i kilowattimmar per kvadratmeter och dag (SMHI, 2007). Energiåterbetalningstiden för en solcell varierar beroende på placering i världen. Faktorer som påverkar energiåterbetalningstiden är exempelvis landets solinstrålning och elproduktionsmix (Vellini, Gambini & Prattella, 2017).
3.3.1 Återvinningsprocess för en solpanel
Direktivet från Europaparlamentet och rådet (2012/19/EU) syftar till att skydda miljön och människors hälsa genom att förebygga och minska negativa följder av generering och hantering av elektrisk utrustning (Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE). Producentansvar gäller när elektronikprodukter införs på den svenska marknaden och gäller för den som inför varan (Naturvårdsverket, 2020).
First solar är en solpanelsproducent i USA som hävdar sig kunna återvinna ungefär 90% av allt glas och ingående halvledarmaterial ur sina egentillverkade solceller. Under återvinningsprocessen körs solpanelen genom en fragmenteringsmaskin och sedan genom en hammarkvarn. Krosset placeras sedan i kärl och blandas med en filmseparerande vätska där metall och glasmaterial separeras. Från glasblandningen separeras laminerat material från glas och från metallen separeras tellurium från kadmium. Produkterna från den sista separationen kan sedan återanvändas till nya solceller (First solar, 2017).
3.4 Solcellstyper
Nedan presenteras olika solcellstyper.
3.4.1 Multijunction cell
Sedan år 1955 har det varit känt att möjligheten att skapa solpaneler med flera olika typer av solcellsteknologier i en och samma solpanel finns. Solcellen kallas multi-junction cell och kan uppnå en verkningsgrad över 30%. De olika lagerna i solpanelen absorberar olika våglängder av solstrålning. Tekniken har hittills endast använts inom rymdindustrin (Stefano, 2020).
3.4.2 Kiselbaserade solceller
Solcellerna består av en teknologi som tillhör kategorin singel junction cell. Kristallina solceller tillverkas genom att kisel renas, smälts ned och dopas med dopmedel av positiv-typ samt negativ-typ, vanligtvis bor (Brooks, 2014). Dopad kisel är en halvledare som är en beståndsdel i de flesta elektroniska komponenter. När det dopade kislet har stelnat skärs tunna skikt ut och behandlas med kemikalier. Skiktet förses med metallsträngar som kan samla upp strömmen och leda den vidare (Bayod-Rújula, 2019).
Monokristallina
Solcellerna är tillverkade av en kiselkristall som har en kontinuerlig kristallgitterstruktur vilket ger en nästintill defektfri solcell (Kalogirou, 2009). Solcellerna är svårare och dyrare att tillverka än polykristallina men har generellt en högre verkningsgrad (Salahuddin, 2017).
Polykristallina
Solcellerna tillverkas av flera kiselkristaller och har en mer kostnadseffektiv produktion tack vare enklare tillverkningsprocess. På grund av defekter som uppstår vid tillverkningen är verkningsgraden något lägre än hos monokristallina solceller (Kalogirou, 2009).
Amorfa solceller (Tunnfilmssolcceller)
Solcellerna består av kiselatomer i ett tunt homogent skikt, 100 gånger tunnare än kristallina solceller, vilket gör den flexibel. Flexibiliteten möjliggör integrering i takplattor som kan ersätta vanliga tegelplattor, men det är vanligast att de avsätts på glas (Kalogirou, 2009). Solcellerna har en låg produktionskostnad, dock är dess
effektivitet betydligt lägre jämfört med mono- och polykristallina solceller (Jestin, 2012).
3.4.3 Koppar-Indium-Gallium-Selen-solceller (CIGS)
Solcellerna tillverkas genom att en tunn transparent ledare appliceras på ett glas. Ovanpå läggs halvledarskiktet som ska absorbera ljus. Halvledarskiktet skapas genom att de separata ämnena förångas och reagerar med varandra på glasskivan i en vakuumkammare. På så sätt skapas en tunn kristallin film. Ovanpå appliceras ett buffertskikt samt en transparent ledare som ska samla upp strömmen och leda den vidare (Kalogirou, 2009).
3.4.4 Kadmium-Tellurid-solceller (Cd-Te)
Solcellerna är den ledande tunnfilmssolcellen som finns på marknaden i dag med en verkningsgrad som kan uppnå 22% (Baines, Shalvey & Major, 2018).
3.4.5 Perovskit solceller
Solcellerna uppvisar en hög verkningsgrad (Zhanga & Lin, 2020) till en låg kostnad (Gao et al., 2019) men med en kort livslängd då de bryts ned vid exponering av solljus. Därför befinner sig tekniken fortfarande i experimentstadiet (Shahivandi, Vaezzadeh & Saeidi, 2020).
3.4.6 Nanotrådsolceller
Solcellerna tillverkas genom att miljontals fotovoltaiska nanotrådar kopplas ihop i ett fält. Högsta uppmätta verkningsgraden inom nanotrådsolcellsteknik är 17% men standardverkningsgraden ligger omkring 15%. Tekniken befinner sig i forskningsstadiet men kan potentiellt tillverkas till låg kostnad (Barrigón et al., 2020).
3.4.7 Dye-sensitized solceller (DSSC)
Solcellstekniken har utvecklats sedan 1999 av Grätzel och kollegor och har visat sig kunna uppnå en hög verkningsgrad, 28,9%, även vid låga ljusförhållanden, i detta fall inomhus med endast artificiellt ljus (Freitag et al., 2017).
3.4.8 Koncentrerade och icke-koncentrerade solceller
Koncentrerade solceller har en konkav yta som fångar solljuset på ett koncentrerat sätt och höjer intensiteten på solens strålningsflöde. Den varianten kräver en mer exakt riktning mot solen och är känsligare för solens förflyttning (Kalogirou, 2009).
3.5 Livscykelanalys
En livscykelanalys är en analys av en produkts livscykel och ger en helhetsbild av produktens miljöpåverkan. I analysen undersöks alla delmoment, material och processer som används för att skapa den slutgiltiga produkten. Restprodukter som uppstår vid skapandet av en produkt och material som ingår i produkten analyseras och bryts ned till respektive ämne (Baumann & Tillman, 2004).
Enligt Baumann och Tillman (2004) anges målet och syftet med studien i måldefinitionen. Här anges hur studiens resultat ska användas, varför den utförs och vilka som kommer att ta del av studiens resultat. Frågeställningar som skall besvaras formuleras även i måldefinitionen samt val av funktionell enhet. Den funktionella enheten beskriver det som kommer att undersökas, t.ex. solceller kan undersökas i den funktionella enheten per solpanel, alternativt per kvadratmeter.
Även systemgränser, typer av miljöpåverkan som kommer att undersökas och detaljeringsnivå presenteras i måldefinitionen. Systemgränserna beskriver analysens avgränsningar och vilka processer som kommer att analyseras. Vidare beskrivs vilka typer av miljöpåverkan som kommer att undersökas t.ex. försurning och global uppvärmning. Detaljeringsnivån beskriver om undersökningen av livscykelanalysen är specifik till en geografisk ort, avser ett medelvärde av total global produktion eller analyserar en specifik produkt, menar Baumann och Tillman (2004).
Med utgångspunkt i måldefinitionen undersöks, i livscykelinventeringen, produktens livscykel där alla delmoment tas hänsyn till, från tillverkning till användning och slutligen kassering eller återvinning. Systemet kan illustreras med t.ex. ett flödesschema. Utifrån flödesschemat analyseras alla processer som produkten genomgår och data som avser ingående och utgående material, energibärare samt vatten- och luftföroreningar samlas in. Den insamlade data sammanställs och redovisas (Baumann & Tillman, 2004).
Slutligen för att uppskatta påverkan av produktens livscykel sammanställs insamlade data på ett överskådligt sätt. För att göra den jämförbar med annan data kategoriseras den utefter dess miljömässiga påverkan, informationen kategoriseras då utefter olika indikatorer t.ex. om den är försurande eller om den påverkar den globala uppvärmningen. Dessa parametrar vägs slutligen samman till ett miljöindex (Baumann & Tillman, 2004).
3.6 Multikriterieanalys
Med bakgrund i beslutsteorin har multikriterieanalys blivit ett verktyg för att göra sammanvägningar på ett strukturerat sätt. Kriterier definieras, värderas och viktas då kriterierna kan ha olika stor betydelse för multikriterieanalysens syfte. De ingående alternativen utvärderas och poängsätts utifrån varje kriterium. Kriterierna vägs sedan samman för att sammanställa vilket alternativ som anses mest fördelaktigt utifrån syftet, alternativt rangordnas efter dess fördelaktighet (Rosén, et al., 2009). Den multikriterieanalystyp som appliceras i rapporten och som används för att besvara frågeställning 1 är den linjära additiva metoden, en förenklad variant av multi-attributmetoden. Den additiva metoden har, som resterande typer av multikriterieanalyser, kriterier som ska poängsättas. Dessa vägs slutligen samman i ett viktningssystem och ger ett slutbetyg.
Kriterium i (i=1…N kriterier) tilldelas ett antal poäng, R. Varje kriterium tilldelas en vikt, W, därefter sammanvägs poängen vilket ger ett slutbetyg (Rosén, et al., 2009). Ett slutbetyg nås genom formeln i Ekv. 1:
Ekv. 1. Formel för beräkning av slutbetyg i Multikriterieanalys (Rosén, et al., 2009).
Denna metod förutsätter att kriterierna är oberoende av varandra. Poängskalan för varje kriterium är oftast 1–100, men andra skalor kan förekomma (Rosén, et al., 2009).
𝑆𝑙𝑢𝑡𝑏𝑒𝑡𝑦𝑔 = + 𝑊!𝑅!
"
Multikriterieanalysen avslutades med en känslighetsanalys då analyser med viktning påverkar slutresultatet. Den linjära additiva metoden, tillskillnad från multi-attributmetoden, tar inte hänsyn till viktningens osäkerhet (Rosén, et al., 2009). Känslighetsanalysen undersöker därför hur känslig viktningen av kriterierna är och om ändringar påverkar eller förändrar resultatet för multikriterieanalysen (Dodgson, et al., 2009).
3.7 Sammanfattning av valda teorier
Avsnitt 3.2 knyts samman med nästkommande avsnitt 3.3, då det ligger till grund för förståelse angående solenergi och hur det fungerar. En alternativ återvinningsprocess för hur en uttjänt solpanel bearbetas presenteras i avsnittet. Därefter redovisas solcellstekniker som finns i dag och vilka som är uppkommande. Avsnitt 3.4 förklarar och redovisar andra elproduktionstekniker utöver solenergi som ligger till grund för uppbyggnaden av ett lands el-mix. I avsnitt 3.5 beskrivs arbetsgången för en livscykelanalys som kan appliceras på solpaneler. Slutligen i avsnitt 3.6 beskrivs hur metoden multikriterieanalys kommer användas för att utse den mest lämpade solpanelen.
4 Empiri
I detta kapitel redovisas insamlad empiri som senare ska analyseras för att besvara frågeställningarna. Här presenteras vilka solpaneler som ska vara med i multikriterieanalysen, den mest lämpade solpanelens miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv, den mest lämpade solpanelens mängd producerad el samt europeiska länders el-mixars växthusgasutsläpp per kilowattimme.
4.1 Solpaneler
Med utgångspunkt i det teoretiska ramverket samlas empiriska data in avseende solcellstyperna monokristallina solceller, polykristallina solceller och amorfa solceller. Data från totalt 14 solpaneler (bilaga 1–27) med respektive egenskaper insamlas enligt tabell 1.
Tabell 1. Insamlade data för respektive solpanel.
* Yteffektiviteten uttrycker hur stor del av en byggbods tak som utnyttjas beroende på hur många solpaneler som får plats.
4.2 Miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv
SunPowers solpanels, MAXEON 3, miljöpåverkan undersöks ur ett livscykelperspektiv. Undersökningen avser att beräkna solpanelens växthusgasutsläpp mätt i g CO2e. Systemgränser och analyserade steg framgår av flödesschemat (figur 4).
Figur 4. Flödesschema för en mobil solpanels livscykel.
4.2.1 Miljöpåverkan vid produktion
Enligt SunPowers miljöprofil för solpanelen MAXEON 3 (bilaga 28–30) framgår att växthusgasutsläppet vid tillverkning är 203 000 g CO2e per solpanel.
4.2.2 Miljöpåverkan vid transport
Enligt SunPowers kundtjänst produceras solpanelen MAXEON 3 i Mexiko (personlig kommunikation, 21 april 2020). Från Mexiko sker frakten via sjöväg till lämplig hamnstad, enligt medarbetare på Glacell är det troligast att solpanelen transporteras till en hamn i Nederländerna (personlig kommunikation, 22 januari 2020), Europas största hamnstad (Europaparlamentet, 2014). Därefter fraktas solpanelen till kund med lastbil. När solpanelen nått slutdestination fraktas den till återförsäljarens logistikcenter eller direkt till kund, enligt anställd på Glacell i Jönköping (personlig kommunikation, 31 mars 2020). I tabell 2 har startdestination valts till Mexicali, Mexiko och slutdestinationen till Jönköping, Sverige. Färdsträckorna har tagits fram med hjälp av SeaRates (2020) webapplikation.
Trafikanalys (2015) konstaterar att en tung lastbil i genomsnitt har ett utsläpp omkring 128 g CO2e/tonkm. Ett stort containerfartyg släpper ut 14,97 g CO2e/tonkm, ett litet
släpper ut 43,46 g CO2e/tonkm och i genomsnitt är utsläppet 19,06 g CO2e/tonkm
(DEFRA, 2012). Tillverkning Fabrik Lastbil Transport Containerfartyg Lastbil Montering Elproduktion Demontering . . . Montering Elproduktion Demontering Skrotning Resthantering av uttjänta solpaneler Elproduktion samt montering och demontering
Tabell 2. Data avseende färdsträcka samt högsta, troligaste och minsta växthusgasutsläpp per tonkm beroende på transportmedel.
4.2.3 Miljöpåverkan vid montering och demontering
Två intervjuer har genomförts med medarbetare från Glacell och Gisle Innovations, som är återförsäljare och installatörer av solpaneler i Sverige. Intervjuerna transkriberades och återfinns i bilaga 31–37, all relevant data är sammanställd i tabell 3 och 4.
Tabell 3. Redovisning av data från intervjuer avseende montering av solpaneler.
Tabell 4. Redovisning av data från intervjuer avseende demontering av solpaneler.
Enligt Volvo lastvagnar förbrukar en kranbil 1–3 liter diesel per timme beroende på lyftvikt (personlig kommunikation, 2 april 2020). Växthusgasutsläppen för diesel är
2734 g CO2e/liter bränsle (Energimyndigheten, 2019c). Vid ett lyft kan ca 1–30
solpaneler lyftas från mark till byggbodstak alternativt från byggbodstak till mark (bilaga 35).
Medarbetare på Peab Sverige AB uppger att medellängden för ett byggprojekt är 1,5 år (personlig kommunikation, 17 mars 2020). Enligt rapportens avgränsningar undersöks byggprojekt med tidsåtgången 0,5–5 år. Varje avslutat och påbörjat byggprojekt kräver en montering och demontering.
4.2.4 Miljöpåverkan vid återvinning eller skrotning
I dag finns det få återvinningsstationer som tar tillvara på hela solpanelen i återvinningsprocessen. Den första återvinningsstationen byggdes i Frankrike 2018 (Clercq, 2018). Enligt Energimyndigheten (2018b) är det vanligast att den uttjänta solpanelen lämnas till en kommunal återvinningsstation där den återvinns som elektroniskt avfall i Sverige. Det vanliga är att glaset och aluminiumramen återvinns samtidigt som metaller och andra delar bränns i cementugnar. Dessa på grund av att det anses vara för svårt och dyrt för att tas till vara på (Clercq, 2018).
Figur 5 illustrerar att det ökade intresset för solenergi och det ständigt ökande antalet installerade solpaneler kommer att resultera i flera tusen ton avfall när panelerna, om ca 25 år, är uttjänta (Vanky, 2018). I en intervju med Linda Kaneryd från Energimyndigheten bekräftas att en specifik återvinning av uttjänta solpaneler inte finns i dag (SVT, 2019). Även vid kontakt med El-kretsen, Retur.nu och Sims Recycling kan det konstateras att det inte finns någon plan för att återvinna de solpaneler som installeras i Sverige (personlig kommunikation, 21 april 2020).
Figur 5. Svenska avfallsvolymer i antal ton uttjänta moduler från 2018 till 2039 (Vanky, 2018).
Elektroniskt avfall anses ha det största växthusgasutsläppet tillsammans med textil. En rapport från IVL:s miljöinstitut visar att beroende på typ av elektroniskt avfall kan utsläppet variera (Miliute-Plepiene, Sundqvist, Stenmark & Zhang, 2019). Växthusgasutsläppet för en borrmaskin respektive mobiltelefon är 4000 respektive 400 000 g CO2e vid återvinning som elektroniskt avfall. En solpanel kan i återvinningssyfte
jämföras med monitorliknande apparater enligt kontakt på El-kretsen (personlig kommunikation, 21 april 2020).
4.3 Elproduktion
På byggbodens tak placeras åtta solpaneler med 13° lutning. Varannan solpanel är vinklad åt norr respektive söder eller väster respektive öster (figur 6).
Figur 6. Illustration av bodar med solpaneler i nordlig/sydlig och västlig/östlig orientering (bilaga 45).
Beräkningarna (bilaga 37–44) har utförts i simuleringsprogrammet PV*SOL premium 2020 (R5) av Glacell för SunPowers solpanel MAXEON 3 (bilaga 3–4).
Den årliga elproduktionen för byggbodens fyra solpaneler i nordlig orientering är 1087,8 kWh/år och i sydlig orientering 1358,7 kWh/år. Total elproduktion för byggbodens åtta solpaneler är 2446,5 kWh/år.
Den årliga elproduktionen för byggbodens fyra solpaneler i västlig orientering är 1242,2 kWh/år och i östlig orientering 1190,7 kWh/år. Total elproduktion för byggbodens åtta solpaneler är 2432,9 kWh/år.
4.4 Växthusgasutsläpp för europeiska länders el-mixar
Beroende på energikällorna som används vid elproduktion i ett land varierar el-mixen från land till land. Enligt Energimyndigheten (2015) hade Sveriges el-mix ett växthusgasutsläpp på 47 g CO2e/kWh baserat på 2013 års användarprofil med hänsyn
till import och export. I figur 7 visas mängden växthusgasutsläpp i g CO2e/kWh för
några av Europas länder. Värdena i figuren är hämtade från electricityMaps (2020) webapplikation den 29 april 2020 där ett aktuellt värde för ländernas växthusgasutsläpp visas.
Figur 7. Miljöpåverkan av europeiska länders el-mixar.
I tabell 5 nedan visas respektive elproduktionstekniks växthusgasutsläpp vilka electricityMap baserar sin statistik på.
Tabell 5. Elproduktionsteknikers utsläpp i g CO2e/kWh (electricityMap, 2020).
4.5 Sammanfattning av insamlad empiri
Den insamlade empirin avseende solpaneler, avsnitt 4.1, kommer användas i multikriterieanalysen. Resultatet som framgår i multikriterieanalysen kommer att
0 100 200 300 400 500 600 700 Island Frankrike Norge Sverige Slovenien Georgien Spanien Finland Österrike Belgien Portugal Estland Ungern Danmark Slovakien Tyskland Ukraina Italien Storbritannien Litauen Lettland Nederländerna Turkiet Montenegro Tjeckien Nordirland Serbien Irland Polen Moldavien Bosnien g CO2e/kWh
användas för att utse en lämplig solpanel som i sin tur svarar på den första frågeställningen.
Avsnitt 4.2 redogör för den mest lämpade solpanelens växthusgasutsläpp i ett livscykelperspektiv. Livscykelskedenas utsläpp vid produktion, transport, montering, demontering och återvinning eller skrotning beräknas för att summera den totala miljöpåverkan mätt i g CO2e för den mobila solpanelen under dess livstid. I avsnitt 4.2
redovisas även återvinningsprocessen för den uttjänta solpanelen för att ge underlag till diskussion i avsnitt 5 och 6. Åtta solpanelers producerade el beräknas i avsnitt 4.3 för att sedan sättas i relation till solpanelernas växthusgasutsläpp. Den andra frågeställningen besvaras med empiri angående miljöpåverkan från Sveriges el-mix i avsnitt 4.4 som kommer jämföras med solpanelernas miljöpåverkan mätt i mängd växthusgasutsläpp per kilowattimme.
Vetenskapligt belägg för mängden växthusgasutsläpp som solpanelens återvinningsprocess orsakar saknas. Även växthusgasutsläppet vid återvinning av motsvarande elektroniskt avfall saknas. På grund av detta kommer den totala mängden växthusgasutsläpp, enligt undersökningens beräkningar, under solpanelens livscykel inte motsvara verkligheten och därmed återge en förvrängd helhetsbild.
Avsnitt 4.4 redovisas mängden växthusgasutsläpp orsakat av europeiska länders el-mixar. Utsläppen varierar beroende på vilka energikällor som används för stunden och om landet importerar el. Empirin kommer användas i jämförelse med solpanelens växthusgasutsläpp per kilowattimme som beräknas utifrån avsnitt 4.2 och 4.3. Baserat på jämförelsen kan en gräns identifieras där solpanelens utsläpp är mindre än det genomsnittliga utsläppet för landets el-mix, där konceptet är gynnsamt.
5 Analys och resultat
I detta kapitel utförs en multikriterieanalys med tillhörande känslighetsanalys där den mest lämpade solpanelen för konceptet utses. Vidare analyseras solpanelens miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv och dess producerade mängd el. Slutligen redovisas resultatet och frågeställningarna besvaras.
5.1 Multikriterieanalys
Nedan utförs multikriterieanalysen och resultatet från den presenteras.
5.1.1 Urval solpaneler
Baserat på NREL:s senaste sammanställning av olika solceller, som i dagsläget har högst verkningsgrad, valdes producenter och solpaneler ut som skulle delta i analysen. Anledningen till att verkningsgraden blev den avgörande faktorn i urvalet var syftet solpanelen skulle tjäna, att ersätta elen som byggboden förbrukade i största möjliga mån.
Majoriteten av de ledande solcellerna fanns endast i forskningsstadiet och inte på marknaden. I dessa fall valdes en producent med en kommersiell solcell av samma typ, men med en sämre verkningsgrad, till analysen för att möjliggöra applicering av resultatet på verkligheten. De producenter och solpaneler som valdes var:
§ SolarWatt - Vision 60M (bilaga 1–2) § SunPower - MAXEON 3 (bilaga 3–4)
§ Heckert Solar - NEMO 2.0 60M (bilaga 5–6) § JA Solar - JAP60S10 (bilaga 7–8)
§ JA Solar – JAM60S10 (bilaga 9–10) § LG - LG365Q1C-A5 (bilaga 11–12)
§ Canadian Solar - HiDM SC1U-420MS (bilaga 13–14) § Canadian Solar - HiKu CS3W-415P (bilaga 15–16) § Panasonic – HIT N340 (bilaga 17–18)
§ Solar frontier - SFK185-S (bilaga 19–20) § First solar - Series 6 (bilaga 21–22)
§ Trina Solar - ALLMAX TSM-DD05H.08 (bilaga 23–24) § Jinko Solar - Eagle 60HM G2 (bilaga 25–26)
§ Reel Solar - 230W (bilaga 27)
5.1.2 Kriterier i multikriterieanalysen
De framtagna kriterierna till multikriterieanalysen baseras på vad som är relevant för en solpanel i konceptet. För att kunna avgöra vad som är relevant har kunskap kring ämnet samlats in och skapat följande kriterier:
§ Verkningsgrad § Robusthet framsida § Robusthet baksida § Produktgarantitid § Yteffektivitet
Med utgångspunkt i användningsområdets begränsade yta och den unika hanteringen av solpanelen valdes ovanstående kriterier till multikriterieanalysen. Bodens
begränsade yta kräver en kraftig solpanel med hög verkningsgrad som kan producera en stor mängd el trots begränsningarna.
Yteffektiviteten motsvarar den procentuella andelen av byggbodens tak som täcks av solpaneler baserat på byggbodens och solpanelernas dimensioner. Kriteriet tar hänsyn till att så stor yta som möjligt av byggbodens tak utnyttjas och därmed kan maximal produktion uppnås.
Robusthet för framsida och baksida redovisar maximal snö- och vindlast som solpanelen tål. Robustheten för solpanelen spelar en viktig roll på grund av den unika hanteringen den kommer utsättas för. Under solpanelens livstid kommer den att monteras och demonteras ett antal gånger baserat på projektets längd samt på den förväntade livslängden. Då det endast finns generella data för en solpanels livslängd att tillgå har solpanelernas livslängd baserats på producentens produktgarantitid.
5.1.3 Poängsättning av solpaneler
För att poängsätta de olika solpanelerna utefter kriterierna anpassades en poängskala från 1–10 poäng för varje kriterium enligt tabellen nedan. Skalan valdes utefter det högsta och lägsta insamlade värdet per kriterium för de solpanelerna som ingår i analysen.
Tabell 6. Poängsättning av solpanelernas värden i de olika kriterierna.
I de fall där data för kriterier inte varit tillgängligt i producenternas datablad har kriteriet poängsatts till 0.
5.1.4 Viktning av kriterier
Varje kriterium viktades av författarna efter hur stor betydelse de hade för att solpanelen skulle vara lämplig för konceptet. Procentuell fördelning enligt följande:
§ Verkningsgrad – 45% § Robusthet framsida – 15% § Robusthet baksida – 10% § Produktgarantitid – 10% § Yteffektivitet – 20%
Verkningsgraden viktades högst och yteffektiviteten näst högst för att säkerställa högsta möjliga elproduktion och där med reducera växthusgasutsläppen för solpanelen maximalt. Detta genom att den miljömässigt gynnsamma perioden av solpanelens
livscykel blir så stor som möjligt i förhållande till den ogynnsamma perioden av solpanelens livscykel.
Robusthet spelar en väsentlig roll i och med konceptets medförda hantering. Robusthet framsida viktades högre än robusthet baksida då sannolikheten att skada på solpanelens framsida uppstår, under den tid solpanelen är installerad på en byggbod, anses högre än sannolikheten för skada av solpanelens baksida.
Produktgarantitiden viktades lägst. Garantin är förbrukad efter första demonteringen av solpanelen men produktgarantitiden ger en uppfattning om hur lång livslängd solpanelen kan förväntas ha.
5.1.5 Slutbetyg
När alla solpaneler poängsatts och viktats, resulterade det i ett slutbetyg för varje solpanel. Slutbetygen för solpanelerna framgår enligt tabell 7.
Tabell 7. Slutbetyg för solpanelerna efter utförd multikriterieanalys.
I enlighet med det teoretiska ramverket motsvarar resultatet av slutbetygen ett högt betyg för monokristallina solceller och ett lågt för majoriteten av amorfa solceller.
5.1.6 Känslighetsanalys
Känslighetsanalysen har utförts för multikriterieanalysens procentuella viktning då den har påverkats av beslutfattarnas subjektiva syn. Analysen undersöker i vilka fall justeringen av den procentuella viktningen har förändrat resultatet och lett till att en annan solpanel fått högst slutbetyg. Kriteriernas viktning justerades så att 10% subtraherades från ett av kriterierna och adderades till ett annat. Detta skedde för alla kriterier och utfördes i alla möjliga kombinationer.
Solpanelen från LG fick högst slutbetyg i alla fall där 10% subtraherades från verkningsgraden och adderades till något annat kriterium.
Solpanelen från SunPower fick högst slutbetyg i alla fall där 10% subtraherades från robusthet baksida och adderades till något annat kriterium.
Totalt vann SunPowers solpanel vid 65% av kombinationerna och LG vid 45%. Känslighetsanalysen visar att resultatet, där SunPowers solpanel är den vinnande solpanelen, främst är beroende av verkningsgradens höga viktning. Panelerna är likställda med varandra i kriterierna produktgarantitid och yteffektivitet. LG:s solpanel är överlägsen SunPowers solpanel i kriterierna robusthet framsida och robusthet baksida. SunPowers solpanel är endast överlägsen LG:s solpanel i kriteriet verkningsgrad. När viktningen för alla kriterier viktas till samma värde och sätts till 20% vardera, får LG:s solpanel högst slutbetyg med poängskillnaden 1,00. Detta bekräftar att beslutfattarnas viktning har stor påverkan på slutbetyget.
5.2 Miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv
Nedan analyseras solpanelens miljöpåverkan i olika skeden under dess livstid.
5.2.1 Miljöpåverkan vid produktion
Utsläppen orsakad under produktion av solpanelen MAXEON 3 uppgår till 203 000 g CO2e per solpanel enligt SunPowers miljöprofil (bilaga 29).
5.2.2 Miljöpåverkan vid transport
För att få en realistisk bild av solpanelens växthusgasutsläpp under transporten har tonkm och vikten på solpanelen, 19 kg (bilaga 4), använts vid beräkningarna. Detta för att exkludera övrig lasts växthusgasutsläpp under transport med fartyg och lastbil. Enligt information från Glacell transporteras solpanelen sannolikt från tillverkningsland till Nederländerna via fartyg. Hamnen i Rotterdam, Europas största hamn, valdes till den troligaste destinationen vid leverans till Sverige. Ruttens färdsträcka användes vid beräkning av solpanelens växthusgasutsläpp.
Den totala transporten av en solpanel resulterar i utsläppen 15 100 g CO2e högt räknat
och 6 900 g CO2e lågt räknat. När medelvärdet för ett containerfartygs utsläpp per
tonkm används resulterade det i ett totat utsläpp på 8 500 g CO2e, se tabell 8, vilket
Tabell 8. Redovisar beräkningar av totalt växthusgasutsläpp vid transport av en solpanel.
Sträckan solpanelerna förflyttas mellan byggprojekt under sin livstid är försumbar.
5.2.3 Miljöpåverkan vid montering och demontering
Tabellen nedan redovisar miljöpåverkan vid montering och demontering av åtta solpaneler på en byggbod. Lyften utförs med hjälp av kranbil med beräknat växthusgasutsläpp enligt tabell 9.
I det bästa scenariot, ur miljösynpunkt, där byggprojekttiden är 5 år kommer solpanelerna att monteras och demonteras 5 gånger under deras livstid. Det totala växthusgasutsläppet i det bästa scenariot resulterar i 20 500 g CO2e under momenten
montering och demontering.
I ett troligt scenario där byggprojekttiden är 1,5 år kommer solpanelerna att monteras och demonteras 17 gånger under deras livstid. Det totala växthusgasutsläppet i det troligaste scenariot resulterar i 105 400 g CO2e under momenten montering och
demontering.
Slutligen i det sämsta scenariot, ur miljösynpunkt, där byggprojekttiden är 0,5 år kommer solpanelerna att monteras och demonteras 50 gånger under deras livstid. Det totala växthusgasutsläppet i det sämsta scenariot resulterar i 410 000 g CO2e under
momenten montering och demontering.
5.2.4 Miljöpåverkan vid återvinning eller skrotning
Då solceller fortfarande är under uppsegling och inte funnits i dessa proportioner tidigare finns inga värden för vilken mängd växthusgasutsläpp de orsakar under återvinningsprocessen eller vid skrotning. Monitorlikanande apparater som exempelvis en datorskärm är jämförelsebar med en solpanel vilket togs hänsyn till när den troligaste mängden växthusgasutsläpp bestämdes för solpanelerna.
Återvinning av en borrmaskin orsakar växthusgasutsläppet 4 000 g CO2e och användes
som värde för det bästa tänkbara scenariot, ur miljösynpunkt. Den troliga mängden växthusgasutsläpp orsakat av en solpanel valdes till 350 000 g CO2e. Återvinning av en
mobiltelefon orsakar växthusgasutsläppet 400 000 g CO2e och användes som värde för
det sämsta tänkbara scenariot, ur miljösynpunkt.
5.3 Elproduktion
I simuleringsprogrammet har följande variabler påverkat resultatet vid beräkning av åtta solpanelers elproduktion, monterade på en byggbod. Simuleringen utfördes för SunPowers solpanel MAXEON 3 med verkningsgraden 22,6% och effekten 400W. Solpanelens solara täckningsandel valdes till 0% vilket resulterar i maximal elproduktion. Solpanelernas lutning valdes till 13° och den geografiska placeringen av byggboden valdes till Jönköping med tillhörande solinstrålningsvärde. För att beräkna solpanelernas elproduktion under dess livstid valdes livslängden 25 år. Livslängden bestämdes genom solpanelens produktgarantitid. Tabell 10 nedan redovisar beräkning av producerad el.
Tabell 10. Beräkning av producerad el beroende på tidsperspektiv och orientering.
