Giriş: Bu Çalışma Neden Şimdi Önemli

Bu makale, Şubat 2026'da Nature Communications'da çevrimiçi yayınlanan makaleye dayanmaktadır: “Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035” Bethany L. Willis ve ark. Çalışma, PERC ve TOPCon fotovoltaik üretimi arasında daha eksiksiz yaşam döngüsü karşılaştırmalarından birini sunarak analizi bugünün üretim verilerinden 2035 teknoloji ve şebeke senaryolarına kadar genişletiyor.

2023 sonu itibarıyla, küresel kurulu güneş PV kapasitesi zaten 1 TWp'yi aşmıştı. Uzun vadeli karbonsuzlaştırma senaryolarında, bu sayı 2050'ye kadar yaklaşık 80 TWp'ye ulaşabilir. Bu büyüme enerji dönüşümü için gerekli, ancak aynı zamanda genellikle hafife alınan bir üretim yükü yaratıyor. Önceki tahminler, PV üretiminin tek başına 1,5 °C yolunda kalan küresel karbon bütçesinin %11'ine kadarını tüketebileceğini öne sürüyordu.

Zamanlama önemli çünkü ana akım kristal silikon endüstrisi hızla PERC ile TOPCon'den TOPCon'a geçiyor. TOPCon daha yüksek verimlilik sunuyor, ancak hücre yapısı, katkı maddeleri, pasivasyon katmanları ve metalizasyonu PERC'den önemli ölçüde farklı. Anahtar soru basit ama zor: daha yüksek verimlilik çevresel etkiyi azaltıyor mu, yoksa ekstra malzeme ve süreç karmaşıklığı kazancı dengeliyor mu?

Çalışma, beşikten-kapıya yaşam döngüsü değerlendirmesikullanarak, kuvars madenciliğinden gofret, hücre, modül üretimi ve Orta Avrupa'ya sevkiyata kadar olan zinciri kapsamaktadır. Fonksiyonel birim 1 Wpolup, etki değerlendirmesi 16 kategori boyunca AB EF v3.1 yöntemini takip eder. Teknoloji geliştirme varsayımları ITRPV 2024 yol haritasınadayanırken, elektrik karbonsuzlaştırması EIA 2023 düşük sıfır-karbon teknoloji maliyeti senaryosunu izler. Üretim bölgeleri Çin, Hindistan, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'yı içerir ve belirsizliği test etmek için Monte Carlo analizi kullanılır.

PERC vs TOPCon: 15 Kategoride Daha İyi, Birinde Daha Kötü

2023 temel senaryosunda (Çin üretimi ve Orta Avrupa'ya teslimat), TOPCon, PERC'den 16 çevresel etki kategorisinden 15'inde Wp başına daha iyi performans gösterir. TOPCon'un daha kötü performans gösterdiği tek kategori metal ve mineral kaynak kullanımıdır.

Şekil 1 | PERC ve TOPCon arasında altı ana etki kategorisinin normalize edilmiş karşılaştırması ve yüzde farkları.

Metal kaynak etkisindeki +%15,2'lik artış büyük ölçüde gümüşle bağlantılıdır. PERC hücrelerinde arka yüzey metalizasyonu gümüş ve alüminyum kombinasyonu kullanır. TOPCon hücrelerinde ise hem ön hem de arka yüzey metalizasyonu daha fazla gümüş macununa dayanır. Sonuç olarak, TOPCon birim alan başına daha fazla güç üretse de, Wp başına gümüş talebi kritik bir çevresel endişe olmaya devam etmektedir.

Paradoksun ilk katmanı şudur: TOPCon çoğu yaşam döngüsü kategorisinde daha temizdir, ancak gümüş yoğun metalizasyon nedeniyle metal ayak izi daha kötü olabilir.

Sıcak Nokta Analizi: Elektrik Karbona Hakim, Gümüş Metal Kullanımına Hakim

Çalışma, TOPCon modül üretimini dört ana aşamaya ayırıyor: gofret üretimi, hücre üretimi, modül montajı ve Orta Avrupa'ya nakliye. Sonuçlar, farklı çevresel kategorilerin çok farklı sıcak noktalar tarafından kontrol edildiğini gösteriyor.

Gofret üretimi en büyük karbon sıcak noktasıdır

Gofret aşaması, 16 etki kategorisinin 12'sinde baskındır. Makalenin vurguladığı altı temel kategoride, gofretle ilgili elektrik kullanımı şunlara büyük katkı sağlar:

Gofret elektrik talebinin %85'inden fazlası polikristal silikon indirgeme ve Czochralski kristal çekmekaynaklıdır. Pratik anlamda, bir güneş modülünün karbon ayak izi, yukarı akışta polikristal silikon ve külçe üretiminde kullanılan elektrik karışımı tarafından güçlü bir şekilde şekillendirilir.

Hücre üretimi metal kullanım sıcak noktasıdır

Hücre aşaması, metal kaynak kullanımının baskın hale geldiği tek aşamadır. Gümüş pasta metalizasyonu, toplam modül metal kullanımının %53,0'ını ve ve hücre aşamasındaki metal kullanımının %98,3'ünüoluşturur. Diğer hücre aşaması sıcak noktaları arasında poli-Si birikimi ve PECVD için silan, tavlama elektriği ve solvent temizliğinden kaynaklanan NMVOC emisyonları yer alır.

Modül montajı cam, bakır ve kalay tarafından yönlendirilir

Modül aşaması, insan toksisitesine ve arazi kullanımına güçlü katkıda bulunur. Temel malzemeler arasında ön cam, soda külü, cam üretiminde kullanılan ağır yağ, bakır ve kalay bulunur. Kalay nispeten küçük miktarlarda kullanılır, ancak metal kullanım göstergelerine katkısı hala fark edilir düzeydedir.

Nakliyeye deniz taşımacılığı hakimdir, ancak deniz yük taşımacılığı hala nispeten verimlidir

Çin'den Avrupa'ya teslimat için, nakliye etkilerine mutlak anlamda okyanus nakliyesi hakimdir. Ancak, ton-kilometre başına deniz yük taşımacılığı karayolu taşımacılığından çok daha temiz kalır. Nakliye, özellikle hidrokarbon yakıtlar ve lojistik altyapısı nedeniyle fotokimyasal ozon oluşumuna katkıda bulunur.

Şekil 2 | Gofret, hücre, modül ve nakliye aşamalarının altı ana etki kategorisindeki sıcak nokta katkısı.

Üretim Bölgesi ve Zaman Projeksiyonu: Avrupa Lider, Ancak 2035 Bir Sürpriz Getiriyor

Makale daha sonra 2023'ten 2035'e kadar Çin, Hindistan, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da TOPCon üretimini modelliyor. Hem mevcut elektrik karışımlarını hem de gelecekteki karbonsuzlaştırılmış şebeke senaryolarını dikkate alıyor. Verimlilik, gümüş kullanımı, polisilikon tüketimi ve gofret kalınlığı gibi teknoloji parametreleri, ITRPV varsayımlarına göre yıldan yıla iyileşiyor.

Şekil 3 | 2023'ten 2035'e kadar üretim bölgesine göre altı ana etki kategorisi. Düz çizgiler mevcut şebekeleri; kesikli çizgiler gelecekteki karbonsuzlaştırılmış şebekeleri temsil eder.

Birkaç bulgu öne çıkıyor.

En mantıksız sonuç metal kullanım paradoksu. Daha temiz bir elektrik sistemi karbon emisyonlarını azaltır, ancak yenilenebilir enerji altyapısı daha fazla kıt metal gerektirebilir. EF v3.1'de gümüş ve nadir toprak elementleri gibi kıt metaller yüksek karakterizasyon faktörlerine sahiptir. Gelecekteki şebeke varsayımları altında, Amerika Birleşik Devletleri 2035'e kadar en yüksek metal kullanım durumu haline gelirken, Avrupa en düşük olarak kalır çünkü şebeke senaryosu nispeten daha küçük bir PV payına sahiptir.

Başka bir deyişle, karbonsuzlaştırma iklim hesabını iyileştirir ancak sistem metal yoğun temiz enerji altyapısına dayanıyorsa mineral kaynak hesabını kötüleştirebilir.

2035'e Kadar Küresel Dağıtım: 8,2 Gt CO₂eq'a Kadar Önlenebilir

ITRPV sevkiyat projeksiyonlarını kullanan çalışma, PERC'in 2034'e kadar piyasadan çıkacağını ve TOPCon'un baskın halef olacağını varsayıyor. Daha sonra farklı bölgesel üretim ve şebeke senaryoları altında kümülatif küresel üretim etkilerini hesaplıyor.

Şekil 4 | Küresel PERC ve TOPCon dağıtımı için kümülatif iklim değişikliği ve metal kullanım etkileri. Gölgeli bölgeler mevcut ve gelecekteki şebeke senaryoları arasındaki farkı gösterir.

Ana sonuçlar şunları içerir:

• 2035 öncesi kümülatif PERC ve TOPCon üretim emisyonları yaklaşık olarak üst sınıra ulaşabilir: 13,8 Gt CO₂eq.

• Üretim konumunun optimize edilmesi ve elektriğin karbonsuzlaştırılması bunu şu kadar azaltabilir: 8,2 Gt CO₂eq.

• Bu tasarruf, yaklaşık olarak şuna eşdeğerdir: 2019 yılındaki küresel antropojenik net sera gazı emisyonlarının %13,9'u.

• Varsayılan EIA gelecek senaryosu altında üretimin Çin'den Avrupa'ya taşınması, kümülatif GWP'yi şu kadar daha azaltabilir: 49.5%.

• Şebekeler karbonsuzlaştıkça metal kullanım etkisi artar; gelecek varsayımları altında Avrupa en iyi, Amerika Birleşik Devletleri ise en kötü performansı gösterir.

Enerji faydası çok güçlü kalmaktadır. 2023'ten 2035'e kadar üretilen modüllerin, varsayılan 30 yıllık ömürlerinin ilk 12 yılında yaklaşık olarak üretmesi beklenmektedir: 94.602 TWh Üretim emisyonlarının yaklaşık olarak olduğu tahmin edilmektedir: 2,26 Gt CO₂eq. Aynı elektriğin gelecekteki bölgesel şebekelerle üretilmesi arasında emisyon salınımı olacaktır: 27 ile 67 Gt CO₂eq. Muhafazakar varsayımlar altında bile, önlenen emisyonlar şunu aşmaktadır: 25 Gt CO₂eq.

Şekil 5 | Güneş PV yaşam döngüsü karbon yoğunluğu, gelecekteki bölgesel şebeke elektrik yoğunluğu ile karşılaştırıldığında.

Duyarlılık Analizi: Şebeke Karışımı ve Teknoloji Seçimleri Sonucu Değiştiriyor

Çalışma, hangi kaldıraçların en önemli olduğunu belirlemek için çeşitli duyarlılık testleri yapmaktadır.

Alt şebeke karbon yoğunluğu, ülke etiketlerinden daha önemlidir

Şekil 6 | Dört bölgedeki alt şebekeler arasında GWP aralıkları. Siyah çizgiler ana modelde kullanılan ortalama şebeke referansını göstermektedir.

Çin, yaklaşık olarak en geniş alt şebeke aralığına sahiptir: 0,32 ila 0,58 kg CO₂eq/Wp. En düşük karbonlu Çin alt şebekesi, Avrupa referans durumuna yakındır. Bu, "Çin'de üretildi" veya "Avrupa'da üretildi" etiketinin ciddi karbon muhasebesi için çok geniş olduğu anlamına gelir. Gerçek şebeke bağlantısı, yerel güç satın alma anlaşması ve doğrudan yenilenebilir elektrik erişimi, bir modülün EPEAT Climate+ gibi düşük karbon eşiklerini karşılayıp karşılamadığını belirleyebilir.

Kömür en hassas fosil yakıt girdisidir

Şek.7 | Bireysel yakıt paylarındaki ±%5 değişikliklerin 16 çevresel kategori üzerindeki etkisi.

Kömür payındaki ±%5 değişiklik, dokuz kategoride en güçlü etkiye sahiptir; buna GWP'de +%4,8 değişimdahildir. Nükleer güç, iyonlaştırıcı radyasyon göstergelerini güçlü bir şekilde etkiler ancak diğer alanlarda daha küçük etkilere sahiptir. Hidroelektrik, bu duyarlılık testinde 16 kategorinin tamamını azaltan tek yenilenebilir kaynaktır; bu da hidroelektrikle çalışan PV üretiminin LCA perspektifinden özellikle avantajlı olabileceğini göstermektedir.

Dört teknik kaldıraç, PV sürdürülebilirliğinin bir sonraki aşamasını tanımlar

Şek.8 | Verimlilik iyileştirmesi, gümüşün 5 mg/W'ye düşürülmesi, gofret elektriğinin azaltılması ve silan azaltımının duyarlılığı.

Gümüş hedefi 5 mg/W , Haegel ve ark. tarafından Science 2023'te tartışılan çok terawatt sürdürülebilirlik eşiğinden gelmektedir. Bunu başarmak, metal kullanım etkisini keskin bir şekilde azaltacaktır, ancak karbon, partikül veya fosil enerji etkilerini çözmez. Bu nedenle, gümüş kullanımındaki başlıca azalma, çevresel hikayenin tamamı değildir.

Monte Carlo belirsizlik kontrolü ana sonucu doğruluyor

Şekil 9 | 16 çevresel etki kategorisinde Monte Carlo güven sonuçları.

10.000 Monte Carlo çalışmasından sonra, PERC, 16 kategorinin 11'inde simülasyonların %70'inden fazlasında TOPCon'dan daha yüksek etki göstermektedir. İklim değişikliği için güven seviyesi 71.5%. Ozon tabakasının incelmesi için bu oran 98.7%'ye ulaşmaktadır. Metal kullanımı ise %95,8 güvenile ters yönde hareket etmekte ve TOPCon'un temel varsayımlar altında daha fazla metal kaynağı tüketme olasılığının yüksek olduğunu doğrulamaktadır.

Sektör Çıkarımları: TOPCon Geçişi Olumlu, Ancak Otomatik Olarak Sürdürülebilir Değil

Bulgular, güneş enerjisi üretim sektörü için birkaç pratik sonuca yol açmaktadır.

• TOPCon'un PERC'in yerini alması çevresel açıdan genel olarak olumludur, ancak gümüş sadece bir maliyet sorunu değil, aynı zamanda bir yaşam döngüsü sorunu haline gelmektedir. Bu nedenle bakır kaplama ve Ni/Cu/Ag istif teknolojileri yalnızca maliyet düşürme seçenekleri değildir; aynı zamanda metal kaynak göstergelerini azaltmak için de önemlidir.

• Wafer elektriği en büyük iklim sıcak noktasıdır. Polisilikon azaltma ve kristal çekme, izlenmesi gereken temel süreçlerdir. Karbon ayak izi uyumu için üretim yeri, yalnızca ülke bazında değil, alt şebeke seviyesinde değerlendirilmelidir.

• Düşük karbonlu elektrik bir mineral takası yaratabilir. Karbonsuzlaştırılmış bir şebeke GWP'yi düşürür, ancak şebeke genişlemesi büyük ölçüde metal yoğun yenilenebilir sistemlere dayanıyorsa, metal kullanım göstergeleri artabilir.

• Verimlilik iyileştirmesi en temiz tüm kategori kaldıracıdır. Daha yüksek modül verimliliği, tüm değer zinciri boyunca Wp başına alan, malzeme ve enerji talebini azaltır. TOPCon, PERC'den daha güçlü bir verimlilik kaldıracına sahiptir, ancak bu fayda gümüş tüketimini azaltarak korunmalıdır.

Ooitech'in Görüşü

Güneş modülü üretim hatlarıyla yakından çalışan bir ekipman tedarikçisi olarak, TOPCon geçişinin, daha yüksek hücre verimliliğinin tek başına gerçekten sürdürülebilir bir üretim rotasını tanımlamak için yeterli olmadığını hatırlattığını görüyoruz. En önemli fabrika düzeyindeki kararlar, gümüş azaltma süreci hazırlığı, gofret tarafı elektrik tedariki ve verimlilik kazanımlarını gerçek Wp başına malzeme tasarrufuna dönüştürebilen kararlı süreç kontrolü olacaktır. Gelecekteki modül hatları, özellikle TOPCon veya yeni nesil n-tipi ürünler için tasarlananlar için, çevresel performans giderek daha fazla ekipman, malzeme ve fabrika enerji stratejisinin birlikte ne kadar iyi mühendislikle tasarlandığına bağlı olacaktır.