A Agência Internacional de Energia (AIE) previu em 2020 que a capacidade instalada cumulativa global de energia fotovoltaica excederia 1 TWp até 2025 (PVPS TASK, 2020). No entanto, antes do final de 2024, esse número terá dobrado para mais de 2 TW. Previsões recentes de produção de energia indicam que um grande aumento é necessário, com uma meta de 75 TW de capacidade fotovoltaica global até 2050 para limitar o aumento da temperatura global a 1,5 ºC e mitigar os impactos das mudanças climáticas.
É amplamente reconhecido que a energia solar fotovoltaica (junto com a energia eólica terrestre em larga escala) é a tecnologia de conversão de energia mais sustentável e de menor custo. A implantação solar global deve crescer cerca de 40 vezes mais do que hoje para descarbonizar totalmente o mundo. Isso será realizado no ano de 2042 se a taxa de crescimento atual de 20% ao ano continuar.
O crescimento da geração fotovoltaica em escala global resultará inevitavelmente em uma quantidade significativa de resíduos de módulos fotovoltaicos no futuro. Por outro lado, a energia solar fotovoltaica evita a emissão de dióxido de carbono. Cada kg de painel solar gera cerca de 0,9 MWh ao longo de sua vida útil, o que permite evitar cerca de 900 kg de dióxido de carbono da queima de carvão – uma proporção de 900:1. Este cálculo pressupõe uma massa futura do módulo fotovoltaico de 25 W/kg (excluindo a estrutura), um fator de capacidade de 16% e uma vida útil do módulo de 25 anos.
Se assumirmos que 10 bilhões de pessoas precisam de 100 TW de energia solar fotovoltaica (10 kW cada) para a descarbonização global, então 400 W/pessoa de módulos solares serão aposentados a cada ano. Isso equivale a 16 kg de resíduos de módulos solares por pessoa por ano, a maioria dos quais é vidro com uma pequena quantidade de plástico, silício e metais. O fluxo atual de resíduos de vidro nos EUA é de cerca de 11 milhões de toneladas ou 32 kg por pessoa. Assim, a energia solar fotovoltaica adiciona 50% ao fluxo de resíduos existente, evitando a emissão de uma massa 900 vezes maior de dióxido de carbono. O desperdício futuro de módulos solares de 16 kg por pessoa por ano é apenas 2% dos 800 kg por pessoa por ano de resíduos sólidos anuais nos EUA.
Em resumo, o desperdício de módulos solares é um problema menor. No entanto, existe uma alternativa ao envio de painéis solares para aterros sanitários? Após a aposentadoria, os módulos fotovoltaicos ainda têm capacidades úteis de geração de energia? Há estudos em andamento que propõem um ciclo de vida circular para módulos solares. A perda de eficiência em um módulo fotovoltaico pode variar de 0,4% a 5% ao ano, dependendo do clima e dos materiais usados.
A tecnologia de fabricação, visando aumentar a potência do módulo fotovoltaico, está avançando rapidamente. Os painéis estão aumentando em tamanho e a eficiência da célula também está aumentando. Entre 1980 e 2020, foi alcançada uma redução de 76% na relação peso/potência dos módulos fotovoltaicos. Isso significa que novos painéis podem ser montados em estruturas de suporte ou rastreadores existentes para produzir muito mais energia.
Atualmente, a tecnologia predominante no mercado global é o silício monocristalino com uma potência de módulo aproximada variando de 550 W a 750 W, em comparação com 350 W em 2019, menos de 200 W em 2010 e abaixo de 100 W antes de 2000. Grandes quantidades de módulos fotovoltaicos estão sendo descartadas, e há uma falta de clareza quanto à viabilidade técnica, econômica e social de reutilizá-los em uma segunda vida em vez de direcioná-los diretamente para a reciclagem. Além disso, há uma falta de políticas, padrões e metodologias orientando se o equipamento pode ser reutilizado (segunda vida) ou deve ser reciclado. Legislações, como a Diretiva WEEE na Europa, apresentam um desafio para o mercado de reutilização.
Economia circular: reutilizar e reciclar
A PV CYCLE é uma organização sem fins lucrativos, baseada em membros, fundada em 2007 pela indústria fotovoltaica para gerenciar uma ampla gama de equipamentos elétricos e eletrônicos, incluindo módulos fotovoltaicos, baterias, embalagens e resíduos industriais. Ela oferece serviços de gerenciamento de resíduos e conformidade legal para empresas e detentores de resíduos e tem representantes ao redor do mundo. Um desses membros no Brasil cresceu 160 vezes nos últimos quatro anos, processando 13 toneladas (430 módulos FV = 0,2 MW) em 2020, quando a empresa começou a coletar módulos FV descartados, para 2800 toneladas (mais de 91 mil módulos FV = 45 MW) até agora em 2024. Esse crescimento está projetado para atingir 4500 toneladas = 75 MW até o final de 2024; perto de 80% desses módulos são provenientes de usinas de energia FV em escala de utilidade pública.
Cerca de 10% dos módulos fotovoltaicos descartados vêm de distribuidores (novos, danificados durante o transporte e manuseio), e os 10% restantes são de integradores de sistemas menores. A SunR agora está se expandindo para toda a América Latina, também visando as usinas fotovoltaicas de grande porte que foram colocadas em operação há menos de 10 anos.
Em 1999, a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) substituiu um gerador a diesel em uma pequena ilha satélite (ilha Ratones Grande) na ilha principal de Florianópolis, Brasil, por um sistema fotovoltaico off-grid de 5 kW mostrado nas imagens abaixo. Os módulos fotovoltaicos de silício policristalino com eficiência de 10% operaram continuamente até 2022, quando foi decidido substituí-los por novos módulos mais que duas vezes mais eficientes para dobrar a capacidade instalada na mesma área naquele local com restrição de espaço.
Após mais de 20 anos de operação neste ambiente offshore, a maioria dos 76 módulos fotovoltaicos ainda tem uma saída de cerca de 80% da classificação original da placa de identificação e, em vez de serem descartados/reciclados, foram reinstalados no laboratório de pesquisa de energia solar da UFSC e estão sendo monitorados em um projeto de reutilização de módulos fotovoltaicos de segunda vida.
Programas de habitação social no Brasil e em outros lugares podem se beneficiar de módulos fotovoltaicos de segunda vida de custo muito baixo, desde que seu desempenho e segurança possam ser garantidos após as garantias do fabricante não serem mais válidas. Apesar de ainda não ser uma prática comum, existem vários grupos de pesquisa e empresas na Europa, EUA e Austrália, onde atividades de reutilização e segunda vida estão sendo desenvolvidas.
A economia circular dos módulos fotovoltaicos pode incluir reutilização e uma segunda vida, antes da reciclagem final para recuperar materiais para a produção de novos módulos fotovoltaicos. No entanto, com módulos fotovoltaicos de última geração com garantias de 25 a 30 anos abaixo de US$ 0,10/W, como temos hoje, a economia dos módulos fotovoltaicos de segunda vida é uma aposta difícil.
Autores:
Professor Ricardo Rüther (UFSC) e Professor Andrew Blakers (ANU)
rruther@gmail.com/andrew.blakers@anu.edu.au
ISES, a Sociedade Internacional de Energia Solar é uma ONG de membros credenciada pela ONU, fundada em 1954, trabalhando para um mundo com 100% de energia renovável para todos, usada de forma eficiente e inteligente.
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