西班牙维多利亚-加斯泰兹市屋顶光伏系统的材料与社会足迹：面向公平能源转型的生命周期评估研究

本研究通过环境生命周期评估(E-LCA)和社会生命周期评估(S-LCA)方法，系统分析了西班牙维多利亚-加斯泰兹市屋顶光伏(RPV)部署的初级材料需求及其社会环境影响。研究发现金、银、锡等关键材料的初级提取需求分别占全球储量的28.5%、29.4%和56.2%，光伏系统虽可降低79%气候影响(CO2)，但供应链仍集中在发展中国家，凸显能源转型中的材料约束与社会公平挑战。

　　

【1 引言】
城市作为能源消费与碳排放的核心区域，承担着全球75%的CO₂排放。屋顶光伏(RPV)作为分布式能源解决方案，其大规模部署面临材料约束与社会公平的双重挑战。研究以西班牙维多利亚-加斯泰兹市为案例，采用PERC技术(钝化发射极背接触)的晶体硅(c-Si)光伏系统，评估年产473GWh电力对应的初级材料需求，并与西班牙常规电力结构对比。

【2 材料与方法】
通过openLCA软件结合ecoinvent 3.10数据库及soca v3模块，更新光伏组件库存数据以反映当前PERC技术特性。研究采用从摇篮到坟墓的全生命周期视角，功能单位设定为1kWh电力生产。关键创新点包括：

• 材料需求量化：银(11.4mg/W)、锡(0.45g/W)等关键金属按人口权重与全球储量对比
• 环境指标：采用EF v3.1方法评估25类影响，包括气候变化、淡水生态毒性等
• 社会指标：基于PSILCA数据库分析83项社会风险，涵盖强迫劳动、性别薪酬差距等18类

【3 结果】
3.1 初级材料需求
金、银、锡的初级提取需求/储量比分别达28.5%、29.4%、56.2%，光伏部署将使全球银在用存量增加12%。25年情景下，多晶硅产能需提升3倍才能满足需求。

3.2 环境影响
相比常规电力，RPV显著降低79%气候变化影响，但金属/矿物资源消耗仍达常规电力的93%。硅片制造占水足迹的68%，逆变器中的金工厂贡献48%金属资源影响。

3.3 社会影响
80.2%活动小时发生在欧洲以外地区：

• 印度硬煤开采关联96.7%文盲风险
• 中国多晶硅生产涉及强迫劳动指控
• 采矿社区面临土地剥夺、汞污染等系统性风险

【4 讨论】
研究揭示能源转型的隐性成本：

1. 材料瓶颈：银学习率需保持20%以上才能缓解供应压力
2. 地理失衡：89%环境足迹发生在非欧盟地区，形成新的生态债务
3. 社会悖论：尽管降低39%工时，光伏供应链仍延续全球南北不平等

结论强调需建立包含材料效率、循环经济与伦理采购的综合治理框架，推动真正公平的能源转型。研究为城市尺度可再生能源规划提供了兼顾气候目标与社会正义的评估范式。