Cosa succede a un modulo fotovoltaico dopo la sua prevista vita operativa di 25 anni? Con circa 2 TW di fotovoltaico su tetto e su scala di pubblica utilità già distribuiti in tutto il mondo, e un gran numero di essi ritirati prima di funzionare per 15 anni, la quantità di moduli fotovoltaici scartati aumenta ogni anno. Poiché i moduli fotovoltaici stanno diventando ogni giorno più economici e con il costante miglioramento dell'efficienza dei moduli fotovoltaici, molte centrali fotovoltaiche su scala di pubblica utilità stanno iniziando a essere ripotenziate anche prima di raggiungere i 25 anni di funzionamento previsti. Molti di questi moduli stanno ancora funzionando bene. Possono essere distribuiti per una seconda vita per fornire elettricità solare per qualche altro anno?
Un impianto fotovoltaico realizzato con pannelli riutilizzati
Immagine: Ricardo Ruther/ISES
L'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) ha previsto nel 2020 che la capacità installata cumulativa globale di fotovoltaico avrebbe superato 1 TWp entro il 2025 (PVPS TASK, 2020). Tuttavia, prima della fine del 2024, questa cifra sarà raddoppiata a più di 2 TW. Le recenti previsioni di produzione di energia indicano che è necessario un forte aumento, con un obiettivo di 75 TW di capacità fotovoltaica globale entro il 2050 per limitare l'aumento della temperatura globale a 1.5 °C e mitigare gli impatti del cambiamento climatico.
È ampiamente riconosciuto che il solare fotovoltaico (insieme all'eolico terrestre su larga scala) è la tecnologia di conversione energetica più sostenibile e meno costosa. L'impiego solare globale deve crescere di circa 40 volte rispetto a oggi per decarbonizzare completamente il mondo. Ciò sarà realizzato nel 2042 se l'attuale tasso di crescita del 20% annuo continua.
La crescita della generazione di FV su scala globale comporterà inevitabilmente una notevole quantità di rifiuti dai moduli FV in futuro. D'altro canto, il FV solare evita l'emissione di anidride carbonica. Ogni kg di pannello solare genera circa 0.9 MWh nel corso della sua vita utile, il che consente di evitare circa 900 kg di anidride carbonica dalla combustione del carbone, un rapporto di 900:1. Questo calcolo presuppone una futura massa del modulo FV di 25 W/kg (escluso il telaio), un fattore di capacità del 16% e una durata utile del modulo di 25 anni.
Se ipotizziamo che 10 miliardi di persone necessitino di 100 TW di energia solare fotovoltaica (10 kW ciascuno) per la decarbonizzazione globale, allora ogni anno andranno in pensione 400 W/persona di moduli solari. Ciò equivale a 16 kg di rifiuti di moduli solari a persona all'anno, la maggior parte dei quali è vetro con una piccola quantità di plastica, silicio e metalli. L'attuale flusso di rifiuti di vetro negli Stati Uniti è di circa 11 milioni di tonnellate o 32 kg a persona. Pertanto, l'energia solare fotovoltaica aggiunge il 50% al flusso di rifiuti esistente evitando l'emissione di una massa di anidride carbonica 900 volte maggiore. I futuri rifiuti di moduli solari di 16 kg a persona all'anno rappresentano solo il 2% degli 800 kg a persona all'anno di rifiuti solidi annuali negli Stati Uniti.
In sintesi, lo spreco dei moduli solari è un problema minore. Tuttavia, esiste un'alternativa all'invio dei pannelli solari in discarica? Dopo il pensionamento, i moduli FV hanno ancora capacità utili di generazione di energia? Sono in corso studi che propongono un ciclo di vita circolare per i moduli solari. La perdita di efficienza in un modulo fotovoltaico può variare dallo 0.4% al 5% all'anno, a seconda del clima e dei materiali utilizzati.
La tecnologia di produzione, volta ad aumentare la potenza dei moduli fotovoltaici, sta avanzando rapidamente. I pannelli stanno aumentando di dimensioni e anche l'efficienza delle celle sta aumentando. Tra il 1980 e il 2020, è stata raggiunta una riduzione del 76% nel rapporto peso/potenza dei moduli fotovoltaici. Ciò significa che i nuovi pannelli possono essere montati su strutture di supporto o tracker esistenti per produrre molta più energia.
Attualmente, la tecnologia predominante nel mercato globale è il silicio monocristallino con una potenza del modulo approssimativa che va da 550 W a 750 W, rispetto ai 350 W del 2019, meno di 200 W nel 2010 e meno di 100 W prima del 2000. Grandi quantità di moduli FV vengono scartati e c'è una mancanza di chiarezza riguardo alla fattibilità tecnica, economica e sociale di riutilizzarli in una seconda vita invece di indirizzarli direttamente al riciclaggio. Inoltre, mancano politiche, standard e metodologie che guidino se l'apparecchiatura può essere riutilizzata (seconda vita) o dovrebbe essere riciclata. La legislazione, come la direttiva WEEE in Europa, rappresenta una sfida per il mercato del riutilizzo.
Economia circolare: riutilizzo e riciclo
PV CYCLE è un'organizzazione senza scopo di lucro, basata sui soci, fondata nel 2007 dall'industria fotovoltaica per gestire un'ampia gamma di apparecchiature elettriche ed elettroniche, tra cui moduli fotovoltaici, batterie, imballaggi e rifiuti industriali. Offre servizi di gestione dei rifiuti e conformità legale per aziende e detentori di rifiuti e ha rappresentanti in tutto il mondo. Uno di questi membri in Brasile è cresciuto di 160 volte negli ultimi quattro anni, elaborando 13 tonnellate (430 moduli fotovoltaici = 0.2 MW) nel 2020, quando l'azienda ha iniziato a raccogliere moduli fotovoltaici scartati, fino a 2800 tonnellate (oltre 91 mila moduli fotovoltaici = 45 MW) finora nel 2024. Si prevede che questa crescita raggiungerà le 4500 tonnellate = 75 MW entro la fine del 2024; quasi l'80% di questi moduli proviene da centrali elettriche fotovoltaiche su scala di pubblica utilità. Circa il 10% dei moduli fotovoltaici scartati proviene da distributori (nuovi di zecca, danneggiati durante il trasporto e la movimentazione) e il restante 10% proviene da integratori di sistemi più piccoli. SunR si sta ora espandendo in tutta l'America Latina, puntando anche ai grandi impianti fotovoltaici entrati in funzione meno di 10 anni fa.
Nel 1999, l'Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) ha sostituito un generatore diesel su una piccola isola satellite (isola Ratones Grande) al largo dell'isola principale di Florianopolis, in Brasile, con un sistema fotovoltaico off-grid da 5 kW mostrato nelle immagini sottostanti. I moduli fotovoltaici in silicio policristallino con un'efficienza del 10% hanno funzionato ininterrottamente fino al 2022, quando è stato deciso di sostituirli con nuovi moduli con un'efficienza più che doppia per raddoppiare la capacità installata nella stessa area in quella posizione con vincoli di spazio. Dopo oltre 20 anni di funzionamento in questo ambiente offshore, la maggior parte dei 76 moduli fotovoltaici ha ancora una potenza di circa l'80% della potenza nominale originale e, invece di essere scartati/riciclati, sono stati reinstallati presso il laboratorio di ricerca sull'energia solare dell'UFSC e vengono monitorati in un progetto di riutilizzo dei moduli fotovoltaici di seconda vita. I programmi di edilizia popolare in Brasile e altrove possono trarre vantaggio da moduli fotovoltaici di seconda vita a costi molto bassi, a condizione che le loro prestazioni e sicurezza possano essere garantite dopo che le garanzie del produttore non sono più valide. Nonostante non sia ancora una pratica diffusa, in Europa, negli Stati Uniti e in Australia esistono diversi gruppi di ricerca e aziende in cui si stanno sviluppando attività di riutilizzo e seconda vita.
L'economia circolare dei moduli FV potrebbe includere il riutilizzo e una seconda vita, prima del riciclaggio finale per recuperare materiali per la produzione di nuovi moduli FV. Tuttavia, con moduli FV all'avanguardia con garanzie di 25-30 anni inferiori a $ 0.10/W, come abbiamo oggi, l'economia dei moduli FV di seconda vita è una scommessa difficile.
Autori: Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Prof. Andrew Blakers /ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, International Solar Energy Society, è una ONG accreditata dalle Nazioni Unite fondata nel 1954 che lavora per un mondo con energia rinnovabile al 100% per tutti, utilizzata in modo efficiente e saggio.
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