Life Cycle Assessment of novel Building Integrated Concentrating Photovoltaic systems through environmental and energy evaluations

Abstract

La realització d'estudis de LCA per a sistemes fotovoltaics és una eina essencial per mesurar el seu nivell de sostenibilitat En aquest sentit, i després de la realització d' una anàlisi teòrica dels estudis publicats de LCA dels sistemes fotovoltaics, s'han trobat algunes llacunes. Aquestes llacunes es refereixen a la manca de varietat d'indicadors de LCA, on la majoria dels estudis depenen del temps de retorn energètic, sent aquest gairebé l'únic indicador (no es té en compte l'ús dels mètodes de perfil ambiental). A més, s'observen dues bretxes relatives a la manca d'estudis de LCA destacant la integració en edificis d'energia solar d'una banda, i l'ús de la tecnologia fotovoltaica de concentració per un altre. Per tant, en aquesta tesi, es presenta una nova aportació al camp dels estudis LCA dels sistemes fotovoltaics integrats en edificis. Això s'aconsegueix a través de l'avaluació ambiental i energètica dels sistemes de concentració fotovoltaica integrats en edificis (BICPV). Els resultats es presenten en termes de metodologies d'avaluació de l' impacte del cicle de vida (perfil mediambiental), així com el temps d'amortització de l'Energia i el Factor de Retorn (perfil energètic). Els resultats, amb el suport de les anàlisis de sensibilitat i la comparació amb un sistema convencional fotovoltaic per a integració en edificis (BIPV), mostren beneficis ambientals significatius que poden ser obtinguts a través de sistemes BICPV. A Finalment, es discuteixen les recomanacions per a treballs i millores futures.

Conducting LCA studies for PV systems is an essential tool for measuring the sustainability level of a corresponding system. In this sense, and after conducting a theoretical analysis of the LCA studies of PV systems in literature within the context of energy generation, some gaps have been found. These gaps are briefly represented in the lack of variety of LCA indicators, where most of the studies are dependent on the Energy Payback Time as almost the sole environmental indicator, disregarding the use of environmental profile methods. In addition, another two gaps are observed concerning the lack of LCA studies highlighting the building integration from one side, and the use of the concentrating PV technology from another side. Hence, in this thesis, a novel contribution to the field of LCA studies of PV systems is presented. This is achieved through environmentally and energetically evaluating novel Building Integrated Concentrating Photovoltaic (BICPV) systems. The results are presented in terms of Life Cycle Impact Assessment methodologies (environmental profile), as well as the Energy Payback Time and the Energy Return Factor (Energy profile). The results, supported by sensitivity analyses and comparison to a conventional Building Integrated Photovoltaic (BIPV) system, show the significant environmental benefits that can be acquired through BICPV systems. Finally, recommendations for future work and improvements are discussed as well.

La realización de estudios de LCA para sistemas fotovoltaicos es una herramienta esencial para medir su nivel de sostenibilidad. En este sentido, y después de la realización de un análisis teórico de los estudios de LCA de los sistemas fotovoltaicos en la literatura en el contexto de la generación de energía, se han encontrado algunas lagunas. Algunas de estas lagunas se refieren: la falta de variedad de indicadores de LCA, donde la mayoría de los estudios dependen del tiempo de retorno energético, siendo este casi el único indicador medioambiental (no se tiene en cuenta el uso de los métodos de perfil medioambiental). Además, se observan otras dos brechas relativas a la falta de estudios de LCA destacando la integración en edificios de energía solar por un lado, y el uso de la tecnología fotovoltaica de concentración por otro. Por lo tanto, en esta tesis, se presenta una nueva aportación al campo de los estudios LCA de los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios. Esto se logra a través de la evaluación medioambiental y energética de los sistemas de concentración fotovoltaica integrados en edificios (BICPV). Los resultados se presentan en términos de metodologías de evaluación del impacto del ciclo de vida (perfil medioambiental), así como el tiempo de amortización de la Energía y su Factor de Retorno (perfil de la Energía). Los resultados, con el apoyo de los análisis de sensibilidad y la comparación con un sistema convencional fotovoltaico para integración en edificios (BIPV), muestran beneficios ambientales significativos que pueden ser obtenidos a través de sistemas BICPV. Finalmente, se discuten las recomendaciones para trabajos y mejoras futuros.