¿Qué sucede con un módulo solar fotovoltaico después de su vida útil prevista de 25 años? Con alrededor de 2 TW de energía fotovoltaica en tejados y en grandes instalaciones en todo el mundo, y un gran número de ellos retirados antes de funcionar durante 15 años, la cantidad de módulos fotovoltaicos que se desechan crece cada año. Como los módulos fotovoltaicos son cada día más baratos y con la mejora constante de la eficiencia de los mismos, muchas plantas de energía fotovoltaica a gran escala están empezando a ser reabastecidas incluso antes de alcanzar los 25 años de funcionamiento previstos. Muchos de estos módulos siguen funcionando bien. ¿Se les puede dar una segunda vida para proporcionar electricidad solar durante unos años más?
Un sistema fotovoltaico construido con paneles reutilizados
Imagen: Ricardo Ruther/ISES
La Agencia Internacional de la Energía (AIE) pronosticó en 2020 que la capacidad instalada global acumulada de energía fotovoltaica superaría 1 TWp en 2025 (PVPS TASK, 2020). Sin embargo, antes de finales de 2024, esta cifra se habrá duplicado hasta superar los 2 TW. Las previsiones recientes sobre la producción de energía indican que es necesario un gran aumento, con un objetivo de 75 TW de capacidad fotovoltaica mundial en 2050 para limitar el aumento de la temperatura global a 1.5 °C y mitigar los impactos del cambio climático.
Es un hecho ampliamente reconocido que la energía solar fotovoltaica (junto con la energía eólica terrestre a gran escala) es la tecnología de conversión de energía más sostenible y de menor costo. La implementación global de energía solar debe crecer aproximadamente 40 veces más que en la actualidad para descarbonizar por completo el mundo. Esto se logrará en el año 2042 si continúa la tasa actual de crecimiento del 20% anual.
El crecimiento de la generación de energía fotovoltaica a escala mundial inevitablemente generará una cantidad significativa de residuos de módulos fotovoltaicos en el futuro. Por otro lado, la energía solar fotovoltaica evita la emisión de dióxido de carbono. Cada kg de panel solar genera alrededor de 0.9 MWh a lo largo de su vida útil, lo que permite evitar unos 900 kg de dióxido de carbono procedente de la quema de carbón, una relación de 900:1. Este cálculo supone una masa futura del módulo fotovoltaico de 25 W/kg (excluyendo el marco), un factor de capacidad del 16% y una vida útil del módulo de 25 años.
Si asumimos que 10 millones de personas necesitan 100 TW de energía solar fotovoltaica (10 kW cada una) para la descarbonización global, entonces cada año se retirarán de circulación 400 W/persona de módulos solares. Esto equivale a 16 kg de residuos de módulos solares por persona y año, la mayor parte de los cuales es vidrio con una pequeña cantidad de plástico, silicio y metales. El flujo actual de residuos de vidrio en los EE. UU. es de aproximadamente 11 millones de toneladas o 32 kg por persona. Por lo tanto, la energía solar fotovoltaica agrega el 50% al flujo de residuos existente y evita la emisión de una masa de dióxido de carbono 900 veces mayor. Los futuros residuos de módulos solares de 16 kg por persona y año son solo el 2% de los 800 kg por persona y año de residuos sólidos anuales en los EE. UU.
En resumen, los residuos de módulos solares son un problema menor. Sin embargo, ¿existe una alternativa a enviar los paneles solares a los vertederos? Después de su retiro, ¿los módulos fotovoltaicos siguen teniendo capacidades útiles de generación de energía? Hay estudios en curso que proponen un ciclo de vida circular para los módulos solares. La pérdida de eficiencia en un módulo fotovoltaico puede variar entre el 0.4% y el 5% por año, dependiendo del clima y los materiales utilizados.
La tecnología de fabricación, destinada a aumentar la potencia de los módulos fotovoltaicos, avanza rápidamente. Los paneles son cada vez más grandes y la eficiencia de las células también aumenta. Entre 1980 y 2020, se logró una reducción del 76% en la relación peso-potencia de los módulos fotovoltaicos. Esto significa que se pueden montar nuevos paneles en estructuras de soporte o seguidores existentes para producir mucha más energía.
En la actualidad, la tecnología predominante en el mercado mundial es el silicio monocristalino, con una potencia aproximada por módulo que oscila entre los 550 W y los 750 W, frente a los 350 W de 2019, los menos de 200 W de 2010 y los menos de 100 W de antes de 2000. Se están desechando grandes cantidades de módulos fotovoltaicos y no hay claridad sobre la viabilidad técnica, económica y social de reutilizarlos en una segunda vida en lugar de encaminarlos directamente al reciclaje. Además, faltan políticas, normas y metodologías que orienten si los equipos pueden reutilizarse (segunda vida) o deben reciclarse. La legislación, como la Directiva RAEE en Europa, presenta un desafío para el mercado de la reutilización.
Economía circular: reutilizar y reciclar
PV CYCLE es una organización sin fines de lucro, basada en miembros, fundada en 2007 por la industria fotovoltaica para gestionar una amplia gama de equipos eléctricos y electrónicos, incluidos módulos fotovoltaicos, baterías, embalajes y residuos industriales. Ofrece servicios de gestión de residuos y cumplimiento legal para empresas y poseedores de residuos y tiene representantes en todo el mundo. Uno de esos miembros en Brasil creció 160 veces en los últimos cuatro años, procesando 13 toneladas (430 módulos fotovoltaicos = 0.2 MW) en 2020 cuando la empresa comenzó a recolectar módulos fotovoltaicos desechados, a 2800 toneladas (más de 91 mil módulos fotovoltaicos = 45 MW) en lo que va de 2024. Se proyecta que este crecimiento alcance las 4500 toneladas = 75 MW para fines de 2024; cerca del 80% de estos módulos provienen de plantas de energía fotovoltaica a escala de servicios públicos. Alrededor del 10% de los módulos fotovoltaicos desechados provienen de distribuidores (nuevos, dañados durante el transporte y la manipulación), y el 10% restante proviene de integradores de sistemas más pequeños. SunR se está expandiendo ahora a toda América Latina, apuntando también a las plantas de energía fotovoltaica de gran escala que se pusieron en funcionamiento hace menos de 10 años.
En 1999, la Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) reemplazó un generador diésel en una pequeña isla satélite (isla Ratones Grande) frente a la isla principal de Florianópolis, Brasil, por un sistema fotovoltaico fuera de la red de 5 kW que se muestra en las imágenes a continuación. Los módulos fotovoltaicos de silicio policristalino con una eficiencia del 10 % funcionaron de forma continua hasta 2022, cuando se decidió reemplazarlos por módulos nuevos con una eficiencia más del doble para duplicar la capacidad instalada en la misma área en esa ubicación con limitaciones de espacio. Después de más de 20 años de funcionamiento en este entorno marino, la mayoría de los 76 módulos fotovoltaicos todavía tienen una producción de alrededor del 80 % de la potencia nominal original y, en lugar de descartarse o reciclarse, se reinstalaron en el laboratorio de investigación de energía solar de la UFSC y se están monitoreando en un proyecto de reutilización de módulos fotovoltaicos de segunda vida. Los programas de vivienda social en Brasil y en otros lugares pueden beneficiarse de módulos fotovoltaicos de segunda vida de muy bajo costo, siempre que se pueda garantizar su rendimiento y seguridad después de que las garantías del fabricante ya no sean válidas. Aunque todavía no es una práctica común, existen varios grupos de investigación y empresas en Europa, EE.UU. y Australia, donde se están desarrollando actividades de reutilización y segunda vida.
La economía circular de los módulos fotovoltaicos podría incluir la reutilización y una segunda vida, antes del reciclaje final para recuperar materiales para la producción de nuevos módulos fotovoltaicos. Sin embargo, con módulos fotovoltaicos de última generación con garantías de 25 a 30 años por debajo de 0.10 $/W, como los que tenemos hoy, la economía de los módulos fotovoltaicos de segunda vida es una apuesta difícil.
Autores: Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Profesor Andrew Blakers/ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, la Sociedad Internacional de Energía Solar, es una ONG acreditada por las Naciones Unidas y fundada en 1954 que trabaja por un mundo con energía 100% renovable para todos, utilizada de manera eficiente y sensata.
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