O que acontece com um módulo fotovoltaico solar após sua vida útil esperada de 25 anos? Com cerca de 2 TW de painéis fotovoltaicos de telhado e de utilidade pública já implantados em todo o mundo, e um grande número deles sendo aposentados antes de operar por 15 anos, a quantidade de módulos fotovoltaicos descartados está crescendo a cada ano. Como os módulos fotovoltaicos estão se tornando mais baratos a cada dia, e com a melhoria constante nas eficiências dos módulos fotovoltaicos, muitas usinas fotovoltaicas de utilidade pública estão começando a ser recarregadas antes mesmo de atingirem seus 25 anos esperados de operação. Muitos desses módulos ainda estão funcionando bem. Eles podem ser implantados para uma segunda vida útil para fornecer eletricidade solar por mais alguns anos?
Um sistema fotovoltaico construído com painéis reutilizados
Imagem: Ricardo Ruther/ISES
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 C 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 completamente o mundo. Isso será realizado no ano de 2042 se a taxa de crescimento atual de 20% ao ano continuar.
O crescimento da geração de PV em escala global resultará inevitavelmente em uma quantidade significativa de resíduos de módulos PV no futuro. Por outro lado, a energia solar PV 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 PV 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 900 vezes mais massa de dióxido de carbono. O futuro desperdício 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, há 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, que visa 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 potência.
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 que orientem 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 em todo o mundo. Um desses membros no Brasil cresceu 160 vezes nos últimos quatro anos, processando 13 toneladas (430 módulos fotovoltaicos = 0.2 MW) em 2020, quando a empresa começou a coletar módulos fotovoltaicos descartados, para 2800 toneladas (mais de 91 mil módulos fotovoltaicos = 45 MW) até agora em 2024. Esse crescimento está projetado para atingir 4500 toneladas = 75 MW até o final de 2024; cerca de 80% desses módulos são provenientes de usinas fotovoltaicas de grande porte. Cerca de 10% dos módulos PV 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 de energia PV de grande escala 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 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 diversos 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 FV pode incluir a reutilização e uma segunda vida, antes da reciclagem final para recuperar materiais para a produção de novos módulos FV. No entanto, com módulos FV de última geração com garantias de 25-30 anos abaixo de US$ 0.10/W, como temos hoje, a economia dos módulos FV de segunda vida é uma aposta difícil.
Autores: Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Professor Andrew Blakers/ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, a Sociedade Internacional de Energia Solar, é uma ONG credenciada pela ONU, fundada em 1954, que trabalha em prol de um mundo com energia 100% renovável para todos, utilizada de forma eficiente e sensata.
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