Análise de Ciclo de Vida: painéis fotovoltaicos

25 novembro de 2017

O impacto da Energia Solar: A energia solar fotovoltaica tem se desenvolvido a níveis sem precedentes em todo o mundo. Ultrapassou as expectativas de muitos e superou as apostas de especialistas, apresentando uma capacidade instalada além do que se esperava.

Com esse crescimento, algumas preocupações são levantadas. Uma delas é o impacto da energia solar em uma análise de todo o seu ciclo de vida. Outra, de certa forma complementar à primeira, é o fim da vida dos equipamentos de um sistema fotovoltaico. Ao final de 2016, a estimativa é que o fluxo acumulado de resíduos da indústria solar tenha chegado a 43 500-250 000 toneladas. Isso representa 0,1%-0,6% da massa acumulada de todos os painéis instalados atualmente (4 milhões de toneladas).

Considerando que a média de vida útil de um painel solar é 30 anos, quantidades de resíduos anuais são esperadas para o começo da década de 2030. Para 2050, espera-se que o número de equipamentos desativados seja quase que equivalente ao de novos produtos instalados.

Lidar com o resíduo fotovoltaico será um desafio, mas também abre caminho para novas oportunidades de mercado, além de uma iniciativa interessante ao perfil sustentável que os países devem seguir em sua economia nos próximos anos.

 

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Ciclo de vida de um sistema fotovoltaico

A análise de ciclo de vida é uma ferramenta que analisa os impactos ambientais causados por um produto ao longo de sua vida útil (e mesmo depois!). Ou seja, envolve a quantidade de material e energia demandada pelo produto e a emissão de poluentes e resíduos durante os estágios de uso. Essa análise vai desde a extração de matéria-prima até o manejo do fim de vida do produto, como reciclagem ou reuso.

Quadro que mostra em uma linha do tempo as etapas do ciclo de vida do painel fotovoltaico: processo de manufatura, processo operacional e Desconexão.

As etapas que são levas em conta na análise de ciclo de vida de um painel fotovoltaico

A análise de ciclo de vida de um sistema fotovoltaico vai variar muito de país para país, além das diferentes tecnologias (silício cristalino, filme fino e mesmo as variações dessas opções).

Um estudo realizado na Austrália mostrou que os painéis fotovoltaicos são responsáveis por 85% da energia utilizada para fabricar um sistema. Os inversores ficam com 7%, a fiação com 4% e o transporte outros 4%. No Brasil essa divisão pode mudar um pouco, principalmente a parcela de transporte. Ainda assim, uma coisa fica clara em qualquer mercado: Os painéis consomem muita energia em sua produção, uma vez que requer diversas etapas, recursos e elementos químicos diferentes.

Contudo, um painel fotovoltaico “devolve” a energia que foi gasta em sua produção.

A estimativa é que o painel demora de 1,5 a 2,5 anos para gerar a mesma quantidade de energia que foi utilizada para produzi-lo. Além disso, a energia solar fotovoltaica emite entre 92%-96% menos gás carbônico do que combustíveis fósseis ao longo de sua vida útil (aproximadamente 30 anos), compensando a pegada ambiental em comparação a outras fontes de energia.

A geração de energia pelos painéis e a manutenção do sistema são as etapas com valores mais irrisórios, tanto no consumo de energia para a operação quanto nas emissões de gases causadores do efeito estufa. O equipamento praticamente não causa impacto ambiental ao ongo de sua vida útil – a maior etapa de seu ciclo de vida. Vale ressaltar que o tempo de retorno energético varia entre 3-6 anos para diferentes locais ao redor do mundo, lembrando que sua vida útil ultrapassa em muito esse tempo.

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E o que vem depois?

O gerenciamento dos componentes de um sistema fotovoltaico traz a oportunidade dos países relacionarem cada um dos três R do manejo sustentável de resíduos: reduzir, reusar e reciclar.

Hoje em dia, dois terços dos painéis produzidos são de silício cristalino (c-Si). Sua composição é basicamente 90% de vidro, polímero e alumínio, que são classificados como resíduos não perigosos. Porém os painéis também includem materiais como prata, estanho e traços de chumbo. Painéis de filme fino, em contrapartida, são 98% vidro, polímero e alumínio combinados com 2% de cobre e zinco (potencialmente perigosos) e semicondutores e outros elementos perigosos ao ser humano.

Para 2030, devido aos avanços tecnológicos e em Pesquisa e Desenvolvimento, a quantidade de matéria-prima utilizada na produção de painéis de silício e de filme fino vão reduzir consideravelmente. Equipamentos mais eficientes também diminuirão o uso de materiais perigosos e elementos raros, o que facilitará o potencial de reciclagem do equipamento.

Um mercado secundário potencial é o de reuso de equipamentos, principalmente para locais com recursos financeiros limitados e que desejam entrar no setor fotovoltaico. Painéis que passaram por conserto poderão ser vendidos a um preço menor no mercado ou destinados à centro de estudos, como universidades.

Quando os painéis chegarem realmente ao final de sua vida útil, a reciclagem e reaproveitamento dos seus componentes será preferível ao descarte total do equipamento.

 

O vidro, alumínio e cobre podem ser recuperados com um rendimento superior a 85% da massa do painel. Existem centrais de reciclagem surgindo, principalmente na Europa, onde o mercado fotovoltaico é um pouco mais antigo. Ainda assim é uma novidade. Mais pesquisas e iniciativas serão necessárias, uma vez que o potencial de reciclagem do painel é grande, assim como outros equipamentos de um sistema.

As vantagens ambientais ao longo prazo são claras: redução da pegada de carbono, melhor descarte dos componentes perigosos e eletroeletrônicos e a redução do uso de matéria prima para futuros equipamentos mais eficientes (nos últimos dez anos o uso de silício para um painel já caiu de 16 gr/Wp para menos de 4g/Wp).

O potencial econômico futuro também é atrativo, de acordo com estudo publicado pela Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) em 2016:

Foto circular de um painel com 4 quadrados em cada polo (norte, sul, leste e oeste) com textos. Norte - Capacidade acumulada de 4500 GW; leste - Resíduo acumulado de paineis FV fica entre 60 - 78 milhões de toneladas; sul - Valor gerado é da ordem de USD 15 bi só na recuperação e reciclagem. Novos mercados; oeste - Ciclo de Vida temos material suficiente para produzir 2 bilhões de novos paineis.

Afinal, qual é o impacto da energia solar fotovoltaica?

A energia solar é uma fonte renovável e apresenta ótimas vantagens ambientais. A análise de ciclo de vida dos componentes de um sistema fotovoltaico, em especial os painéis, é importante para que a sustentabilidade da geração através do Sol se mantenha por toda a vida do produto.

Não exite alguma fonte de energia completamente livre de impactos ambientais, porém ao se comparar a energia fotovoltaica com outras energias como o carvão (ainda muito utilizado por países como EUA e China), ela é infinitamente menos contaminante. Os impactos ao longo da sua vida útil são muito menores e a emissão de gases poluentes é mais relacionada ao transporte dos equipamentos do que a manufatura e operação do sistema em si.

Assim, o mercado deve incluir pesquisa e investimento para o manejo dos resíduos fotovoltaicos, garantindo que o futuro seja solar e sustentável.

Se você já conhece alguma iniciativa em gerenciamento de componentes fotovoltaicos, conta para gente!

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Quadro com a imagem de vários painéis fotovoltaicos ao fundo em um arranjo de usina. Sobre essa imagem, em um quadro branco com transparência (de forma que ainda é possível ver um pouco da imagem da usina) constam o logo colorido da Solstício Energia, um ícone de check em azul claro, um ícone de uncheck em laranja e a frase Mitos da energia solar fotovoltaica em azul escuro. Link no post sobre impactos da energia solar fotovoltaica no meio ambiente.

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CASE: O Laboratório de energias renováveis da PUC Campinas