Utangulizi: Kwa Nini Utafiti Huu Ni Muhimu Sasa

Makala hii inategemea karatasi ya Nature Communications iliyochapishwa mtandaoni mnamo Februari 2026, “Kuongeza akiba ya mazingira kutoka kwa utengenezaji wa PV za silikoni hadi 2035” na Bethany L. Willis et al. Utafiti hutoa mojawapo ya ulinganisho kamili wa mzunguko wa maisha kati ya utengenezaji wa PERC na TOPCon PV, ukiongeza uchambuzi kutoka kwa data ya uzalishaji wa leo hadi teknolojia na mazingira ya gridi ya 2035.

Kufikia mwisho wa 2023, uwezo wa PV wa jua uliosakinishwa ulikuwa tayari umezidi 1 TWp. Katika mazingira ya muda mrefu ya kuondoa kaboni, nambari hiyo inaweza kufikia karibu 80 TWp ifikapo 2050. Ukuaji huu ni muhimu kwa mpito wa nishati, lakini pia unaunda mzigo wa utengenezaji ambao mara nyingi haukadiriwi. Makadirio ya awali yalipendekeza kuwa utengenezaji wa PV yenyewe unaweza kutumia hadi 11% ya bajeti iliyobaki ya kaboni duniani chini ya njia ya 1.5 °C.

Muda ni muhimu kwa sababu tasnia kuu ya silikoni fuwele inahamia haraka kutoka PERC hadi TOPCon. TOPCon inatoa ufanisi wa juu, lakini muundo wake wa seli, dopanti, tabaka za upitishaji, na uwekaji metali hutofautiana sana na PERC. Swali kuu ni rahisi lakini gumu: je, ufanisi wa juu unapunguza athari za mazingira, au nyenzo za ziada na ugumu wa mchakato hulipa fidia?

Utafiti unatumia tathmini ya mzunguko wa maisha kutoka utoto hadi lango, ikijumuisha mnyororo kutoka uchimbaji wa quartz hadi utengenezaji wa wafer, seli, moduli, na usafirishaji hadi Ulaya ya Kati. Kitengo cha kazi ni 1 Wp, na tathmini ya athari inafuata mbinu ya EU EF v3.1 katika kategoria 16. Mawazo ya maendeleo ya teknolojia yanategemea ramani ya ITRPV 2024, wakati upunguzaji wa kaboni ya umeme unafuata hali ya gharama ya chini ya teknolojia ya sifuri kaboni ya EIA 2023. Maeneo ya utengenezaji ni pamoja na China, India, Marekani, na Ulaya, na uchambuzi wa Monte Carlo unatumika kupima kutokuwa na uhakika.

PERC dhidi ya TOPCon: Bora katika Kategoria 15, Mbaya katika Moja

Chini ya hali ya msingi ya 2023 ya utengenezaji wa China na usafirishaji hadi Ulaya ya Kati, TOPCon inafanya vizuri zaidi kuliko PERC katika kategoria 15 kati ya 16 za athari za mazingira kwa msingi wa kila Wp. Kategoria pekee ambapo TOPCon inafanya vibaya zaidi ni matumizi ya rasilimali za madini na metali.

Kielelezo 1 | Ulinganisho uliorekebishwa wa kategoria sita kuu za athari kati ya PERC na TOPCon, pamoja na tofauti za asilimia.

Ongezeko la +15.2% katika athari ya rasilimali za metali linahusishwa kwa kiasi kikubwa na fedha. Katika seli za PERC, metallization ya upande wa nyuma hutumia mchanganyiko wa fedha na alumini. Katika seli za TOPCon, metallization ya mbele na nyuma inategemea zaidi paste ya fedha. Kwa hivyo, ingawa TOPCon inazalisha nguvu zaidi kwa eneo, mahitaji yake ya fedha kwa Wp bado ni wasiwasi muhimu wa mazingira.

Hii ni safu ya kwanza ya kitendawili: TOPCon ni safi zaidi katika kategoria nyingi za mzunguko wa maisha, lakini nyayo yake ya metali inaweza kuwa mbaya zaidi kwa sababu ya metallization inayotumia fedha nyingi.

Uchambuzi wa Hotspot: Umeme Unatawala Kaboni, Fedha Inatawala Matumizi ya Metali

Utafiti unavunja utengenezaji wa moduli za TOPCon katika hatua nne kuu: uzalishaji wa wafa, uzalishaji wa seli, mkusanyiko wa moduli, na usafirishaji hadi Ulaya ya Kati. Matokeo yanaonyesha kuwa kategoria tofauti za mazingira zinadhibitiwa na sehemu tofauti za moto.

Uzalishaji wa wafa ndio sehemu kubwa zaidi ya kaboni

Hatua ya wafa inatawala kategoria 12 kati ya 16 za athari. Katika kategoria sita muhimu zilizoangaziwa na karatasi, matumizi ya umeme yanayohusiana na wafa yanachangia pakubwa kwa:

Zaidi ya 85% ya mahitaji ya umeme wa wafa yanatokana na upunguzaji wa polysilicon na kuvuta kioo cha Czochralski. Kwa maneno ya vitendo, alama ya kaboni ya moduli ya jua inaundwa kwa nguvu na mchanganyiko wa umeme unaotumika katika uzalishaji wa polysilicon na ingot.

Uzalishaji wa seli ndio sehemu ya matumizi ya chuma

Hatua ya seli ndio hatua pekee ambapo matumizi ya rasilimali za chuma yanakuwa makubwa. Uwekaji wa fedha wa metallization unachangia 53.0% ya jumla ya matumizi ya chuma ya moduli na 98.3% ya matumizi ya chuma ndani ya hatua ya seli. Sehemu nyingine za moto katika hatua ya seli ni pamoja na silane kwa uwekaji wa poly-Si na PECVD, umeme wa kuoka, na uzalishaji wa NMVOC kutoka kwa kusafisha kwa kutengenezea.

Mkusanyiko wa moduli unaendeshwa na glasi, shaba, na bati

Hatua ya moduli inachangia pakubwa kwa sumu ya binadamu na matumizi ya ardhi. Nyenzo muhimu ni pamoja na glasi ya mbele, soda ash, mafuta mazito yanayotumika katika uzalishaji wa glasi, shaba, na bati. Bati hutumika kwa kiasi kidogo, lakini mchango wake kwa viashiria vya matumizi ya chuma bado unaonekana.

Usafirishaji unatawaliwa na meli, lakini usafirishaji wa baharini bado ni mzuri kwa ufanisi

Kwa usafirishaji kutoka China hadi Ulaya, athari za usafirishaji zinatawaliwa na usafirishaji wa baharini kwa maana kamili. Hata hivyo, kwa kila tani-kilomita, usafirishaji wa baharini unabaki kuwa safi zaidi kuliko usafirishaji wa barabara. Usafirishaji unachangia hasa katika uundaji wa ozoni ya picha kwa sababu ya mafuta ya hidrokaboni na miundombinu ya vifaa.

Kielelezo 2 | Mchango wa sehemu za moto za wafa, seli, moduli, na hatua za usafirishaji katika kategoria sita kuu za athari.

Mkoa wa Utengenezaji na Makadirio ya Muda: Ulaya Inaongoza, Lakini 2035 Inaleta Mabadiliko

Karatasi kisha inaiga utengenezaji wa TOPCon nchini China, India, Marekani, na Ulaya kuanzia 2023 hadi 2035. Inazingatia mchanganyiko wa sasa wa umeme na matukio ya baadaye ya gridi ya kaboni. Vigezo vya teknolojia kama ufanisi, matumizi ya fedha, matumizi ya polysilicon, na unene wa wafa huboresha mwaka hadi mwaka kulingana na mawazo ya ITRPV.

Kielelezo 3 | Kategoria sita kuu za athari kwa eneo la utengenezaji kuanzia 2023 hadi 2035. Mistari thabiti inawakilisha gridi za sasa; mistari yenye mstari inawakilisha gridi za baadaye zisizo na kaboni.

Matokeo kadhaa yanajitokeza.

Matokeo yasiyotarajiwa zaidi ni kitendawili cha matumizi ya metali. Mfumo safi wa umeme hupunguza uzalishaji wa kaboni, lakini miundombinu ya nishati mbadala inaweza kuhitaji metali adimu zaidi. Katika EF v3.1, metali adimu kama fedha na vipengele adimu vya ardhi hubeba vipengele vya juu vya uainishaji. Chini ya mawazo ya gridi ya baadaye, Marekani inakuwa kesi ya juu zaidi ya matumizi ya metali ifikapo 2035, wakati Ulaya inabaki kuwa ya chini kwa sababu hali yake ya gridi ina sehemu ndogo ya PV.

Kwa maneno mengine, upunguzaji wa kaboni unaboresha akaunti ya hali ya hewa lakini unaweza kuzidisha akaunti ya rasilimali za madini ikiwa mfumo unategemea miundombinu ya nishati safi inayotumia metali nyingi.

Usambazaji Ulimwenguni hadi 2035: Hadi 8.2 Gt CO₂eq Inaweza Kuepukwa

Kwa kutumia makadirio ya usafirishaji ya ITRPV, utafiti unadhania PERC inaondoka sokoni ifikapo 2034 huku TOPCon ikiongoza kama mrithi. Kisha inakokotoa athari za jumla za utengenezaji duniani chini ya matukio tofauti ya utengenezaji wa kikanda na gridi.

Kielelezo.4 | Athari za mkusanyiko wa mabadiliko ya hali ya hewa na matumizi ya metali kwa usambazaji wa PERC na TOPCon duniani. Maeneo yenye kivuli yanaonyesha tofauti kati ya mazingira ya sasa na ya baadaye ya gridi.

Matokeo muhimu ni pamoja na:

• Uzalishaji wa jumla wa utengenezaji wa PERC na TOPCon kabla ya 2035 unaweza kufikia kikomo cha juu cha takriban 13.8 Gt CO₂eq.

• Kuboresha eneo la utengenezaji na kupunguza kaboni katika umeme kunaweza kupunguza hii kwa hadi 8.2 Gt CO₂eq.

• Akiba hiyo ni sawa na karibu 13.9% ya uzalishaji wa jumla wa gesi chafu za binadamu duniani mwaka 2019.

• Kuhamisha utengenezaji kutoka China hadi Ulaya chini ya mazingira ya EIA ya baadaye kunaweza kupunguza GWP ya jumla kwa 49.5%.

• Athari za matumizi ya metali huongezeka kadri gridi zinavyopunguza kaboni, huku Ulaya ikifanya vizuri zaidi na Marekani mbaya zaidi chini ya mawazo ya baadaye.

Faida ya nishati inabaki kuwa kubwa sana. Moduli zilizotengenezwa kuanzia 2023 hadi 2035 zinatarajiwa kuzalisha karibu 94,602 TWh katika miaka 12 ya kwanza ya maisha yao ya miaka 30. Uzalishaji wao wa utengenezaji unakadiriwa kuwa karibu 2.26 Gt CO₂eq. Kuzalisha umeme sawa na gridi za kikanda za baadaye kungetoa kati ya 27 na 67 Gt CO₂eq. Hata chini ya mawazo ya kihafidhina, uzalishaji unaoepukwa unazidi 25 Gt CO₂eq.

Kielelezo.5 | Uzito wa kaboni wa mzunguko wa maisha wa PV ya jua ikilinganishwa na ukubwa wa umeme wa gridi za kikanda za baadaye.

Uchambuzi wa Unyeti: Mchanganyiko wa Gridi na Chaguo za Teknolojia Hubadilisha Matokeo

Utafiti unafanya majaribio kadhaa ya unyeti ili kubaini ni levers zipi ni muhimu zaidi.

Uzito wa kaboni wa gridi ndogo ni muhimu zaidi kuliko lebo za nchi

Kielelezo.6 | Mwanya wa GWP katika gridi ndogo katika maeneo manne. Mistari nyeusi inaonyesha wastani wa gridi ya kumbukumbu iliyotumiwa katika mfano mkuu.

China ina mwanya mpana zaidi wa gridi ndogo, kutoka takriban 0.32 hadi 0.58 kg CO₂eq/Wp. Grid ndogo ya China yenye kaboni ya chini zaidi iko karibu na kiwango cha marejeleo cha Ulaya. Hii inamaanisha kuwa lebo "imetengenezwa China" au "imetengenezwa Ulaya" ni pana sana kwa uhasibu mzito wa kaboni. Muunganisho halisi wa gridi, makubaliano ya ununuzi wa umeme wa ndani, na ufikiaji wa moja kwa moja wa umeme mbadala unaweza kuamua kama moduli inakidhi vizingiti vya kaboni ya chini kama vile EPEAT Climate+.

Makaa ya mawe ni pembejeo nyeti zaidi ya mafuta ya kisukuku

Kielelezo 7 | Athari za mabadiliko ya ±5% katika sehemu za mafuta binafsi katika kategoria 16 za mazingira.

Mabadiliko ya ±5% katika sehemu ya makaa ya mawe yana athari kali zaidi katika kategoria tisa, ikijumuisha mabadiliko ya +4.8% katika GWP. Nguvu za nyuklia zinaathiri sana viashiria vya mionzi ionizing lakini zina athari ndogo mahali pengine. Nguvu za maji ndio chanzo pekee mbadala kinachopunguza kategoria zote 16 katika jaribio hili la unyeti, ikipendekeza kuwa utengenezaji wa PV unaotumia nguvu za maji unaweza kuwa mzuri hasa kutoka kwa mtazamo wa LCA.

Vifungu vinne vya kiufundi vinafafanua hatua inayofuata ya uendelevu wa PV

Kielelezo 8 | Unyeti wa uboreshaji wa ufanisi, kupunguza fedha hadi 5 mg/W, kupunguza umeme wa wafer, na kupunguza silane.

Lengo la fedha la 5 mg/W linatokana na kizingiti cha uendelevu cha multi-terawatt kilichojadiliwa na Haegel et al. katika Science 2023. Kukifikia kungepunguza athari za matumizi ya chuma kwa kasi, lakini hakutatui kaboni, vitu vya chembe, au athari za nishati ya kisukuku. Ndiyo maana kupungua kwa matumizi ya fedha sio hadithi kamili ya mazingira.

Ukaguzi wa kutokuwa na uhakika wa Monte Carlo unathibitisha hitimisho kuu

Kielelezo.9 | Matokeo ya ujasiri wa Monte Carlo katika vikundi 16 vya athari za mazingira.

Baada ya kukimbia kwa Monte Carlo mara 10,000, PERC inaonyesha athari kubwa kuliko TOPCon katika zaidi ya 70% ya simulakula kwa 11 kati ya vikundi 16. Kwa mabadiliko ya hali ya hewa, kiwango cha ujasiri ni 71.5%. Kwa kupungua kwa ozoni, inafikia 98.7%. Matumizi ya metali yanaenda upande mwingine na 95.8% ujasiri, ikithibitisha kwamba TOPCon ina uwezekano mkubwa wa kutumia rasilimali za metali zaidi chini ya mawazo ya msingi.

Athari za Sekta: Mpito wa TOPCon Ni Chanya, Lakini Si Endelevu Kiotomatiki

Matokeo yanaongoza kwa hitimisho kadhaa la vitendo kwa sekta ya utengenezaji wa sola.

• TOPCon kuchukua nafasi ya PERC ni chanya kwa mazingira kwa ujumla, lakini fedha inakuwa suala la mzunguko wa maisha, si tu suala la gharama. Teknolojia za uwekaji wa shaba na mrundikano wa Ni/Cu/Ag kwa hiyo si chaguo za kupunguza gharama tu; pia ni muhimu kwa kupunguza viashiria vya rasilimali za metali.

• Umeme wa wafa ni sehemu kubwa zaidi ya mabadiliko ya hali ya hewa. Kupunguza polysilicon na kuvuta kioo ni michakato muhimu ya kuzingatia. Kwa kufuata kiwango cha kaboni, eneo la utengenezaji linapaswa kutathminiwa katika kiwango cha gridi ndogo, si tu kwa nchi.

• Umeme wa kaboni ya chini unaweza kuunda ubadilishanaji wa madini. Gridi iliyopunguza kaboni inapunguza GWP, lakini ikiwa upanuzi wa gridi unategemea sana mifumo ya nishati mbadala inayotumia metali nyingi, viashiria vya matumizi ya metali vinaweza kuongezeka.

• Uboreshaji wa ufanisi ndio njia safi zaidi ya vikundi vyote. Ufanisi wa juu wa moduli hupunguza eneo, nyenzo, na mahitaji ya nishati kwa Wp katika mnyororo mzima wa thamani. TOPCon ina nguvu kubwa ya ufanisi kuliko PERC, lakini faida hiyo lazima ilindwe kwa kupunguza matumizi ya fedha.

Maoni ya Ooitech

Kama mtoa huduma wa vifaa vinavyofanya kazi kwa karibu na mistari ya utengenezaji wa moduli za jua, tunaona mpito wa TOPCon kama ukumbusho kwamba ufanisi wa juu wa seli pekee hautoshi kufafanua njia endelevu ya uzalishaji. Maamuzi muhimu zaidi katika kiwango cha kiwanda yatakuwa utayari wa mchakato wa kupunguza matumizi ya fedha, chanzo cha umeme kwa upande wa wafa, na udhibiti thabiti wa mchakato unaoweza kubadilisha faida za ufanisi kuwa akiba halisi ya nyenzo kwa kila Wp. Kwa mistari ya moduli za siku zijazo, hasa ile iliyoundwa kwa ajili ya bidhaa za TOPCon au za kizazi kijacho cha n-type, utendaji wa mazingira utazidi kutegemea jinsi vifaa, nyenzo, na mkakati wa nishati ya kiwanda unavyoundwa pamoja.