La energía fotovoltaica en la economía circular: Una herramienta de modelización ayuda a predecir el flujo de materiales solares

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De pv magazine USA

 

El crecimiento exponencial de las instalaciones fotovoltaicas continúa en EE.UU. y también lo hará el crecimiento de los flujos de residuos de los paneles fotovoltaicos. Según el estudio Solar Futures realizado por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), la energía solar podría representar hasta el 40% del suministro eléctrico del país en 2035 y el 45% en 2050.

Para alcanzar estos niveles, el despliegue de la energía solar tendrá que crecer una media de 30 GW cada año de aquí a 2025 y luego duplicarse entre 2025 y 2030 -cuatro veces su ritmo de despliegue actual- para llegar a un total de 1.000 GW de energía solar desplegada en 2035. Eso es un montón de paneles solares que empezarían a ser retirados del servicio incluso antes de 2050. No hace falta decir que mucha gente está preocupada por lo que ocurrirá con los módulos solares al final de su vida útil. Esa preocupación es real y creciente, y es objeto de muchos estudios en todo el mundo.

Sin embargo, para empezar este trabajo, los investigadores necesitan datos sobre el final de la vida útil de los módulos solares. Por ejemplo, necesitan saber cuántos módulos solares se retirarán este año, qué pasará con ellos cuando se retiren, cómo afecta su retirada al flujo de materiales fotovoltaicos y a qué ritmo se retirarán los módulos solares en el futuro. Para ello, los investigadores del NREL han desarrollado la herramienta de modelización PV in the Circular Economy (PV ICE), que intenta modelizar el flujo de materiales fotovoltaicos durante las próximas décadas. También aborda la cuestión de si es mejor construir módulos más duraderos que duren más tiempo antes de necesitar ser reemplazados, o módulos más cortos y totalmente reciclables. Y examina cómo la evolución de la tecnología fotovoltaica, como los paneles más finos o los nuevos materiales, puede contribuir a una economía más circular.

«Hay mucho interés en hacer que la energía fotovoltaica, que ya es una fuente de energía limpia, sea totalmente sostenible desde el punto de vista económico y medioambiental», afirma Silvana Ovaitt, investigadora de fiabilidad fotovoltaica del NREL. «La gente se lanza a reciclar como solución, pero para un producto que se supone que debe durar más de 30 años -algo más parecido a un tejado que a un teléfono móvil- eso supone un gran retraso en el flujo de material reciclado. Esto nos da tiempo para planificar de forma proactiva la recogida y el reciclaje efectivos de los módulos. Pero también señala la importancia de las vías alternativas de circularidad para los materiales fotovoltaicos».

PV ICE utiliza los datos más recientes de la industria fotovoltaica para modelar el flujo de materiales fotovoltaicos durante las próximas décadas, ayudando a predecir los efectos de las diferentes tendencias del mercado, los desarrollos tecnológicos y las políticas gubernamentales.

Modelización de los módulos actuales

Desarrollada por un pequeño equipo del Grupo de Fiabilidad FV del NREL, la herramienta de código abierto consta de dos piezas principales. La primera es un conjunto de archivos de datos que recogen las principales propiedades de los módulos solares actuales. Y hace predicciones sobre los módulos futuros, incluyendo los tipos y cantidades de materiales, la vida útil prevista y la eficiencia de conversión de energía, entre otros.

La tecnología fotovoltaica ha evolucionado rápidamente y sigue haciéndolo. Por tanto, este módulo de silicio «medio» también tiene que evolucionar para captar con precisión los materiales que entran y salen del campo. Empecé por observar la cuota de mercado a lo largo del tiempo de los distintos tipos de diseños de células y módulos y creé promedios de lo que es un módulo de silicio desde 1995 hasta 2030. Para ello, he extraído los datos de los materiales de los componentes y de los módulos de distintas fuentes -la industria y la literatura- para seguir los cambios en las células y los módulos. Esta técnica también podría aplicarse a la lista de materiales de un solo fabricante, aunque el sector de los módulos fotovoltaicos no ha ofrecido este tipo de transparencia en los materiales hasta la fecha, explica Heather Mirletz, estudiante de doctorado de la Colorado School of Mines que ayudó a desarrollar PV ICE.

Modelar los futuros módulos y el flujo de materiales

La segunda parte de la ICE fotovoltaica consiste en modelar cómo se moverán estos módulos y los materiales que contienen a lo largo del ciclo de vida fotovoltaico. Esto incluye proyecciones sobre el número de módulos solares que se instalarán en los próximos años e hipótesis sobre los procesos clave, como la eficiencia o el rendimiento de la fabricación y las tasas de fracaso. También modela las decisiones de las partes interesadas y cómo estas decisiones pueden modificar el flujo de materiales.

Al variar las eficiencias de los procesos y las decisiones de las partes interesadas, PV ICE permite a los investigadores explorar cómo la mejora de la fiabilidad o las diferentes vías circulares -como la reparación, la reutilización, la refabricación o el reciclaje- podrían afectar a la cantidad de material de los módulos retirados que se deposita en los vertederos y a la cantidad que puede recuperarse para ayudar a desplegar más módulos fotovoltaicos. El resultado es un modelo detallado de cómo los materiales entran, se mueven y potencialmente salen de una economía fotovoltaica circular.

«Esta herramienta es única porque reúne a las comunidades de la energía fotovoltaica y de la sostenibilidad en un enfoque interdisciplinario; capturamos las prácticas reales de la industria como la bifacialidad, la cola comercial, la vida útil del proyecto y la degradación. Va más allá de un enfoque de primera aproximación de un simple análisis de flujo de materiales», dijo Silvana Ovaitt, miembro del equipo de desarrollo de PV ICE.

Por ejemplo, el equipo de PV ICE descubrió que varias predicciones anteriores habían sobrestimado el ritmo al que los módulos actuales fallarán y requerirán ser reemplazados. Los datos de campo y los contratos a largo plazo sugieren que los módulos duran más. La actualización de este supuesto en la herramienta PV ICE reveló que el volumen de residuos de los módulos fotovoltaicos crecerá más lentamente y llegará más tarde de lo previsto.

El equipo de PV ICE planea capturar finalmente seis dimensiones clave en su software de código abierto. El objetivo es crear una herramienta que permita a los usuarios considerar de forma exhaustiva todos los impactos principales de las diferentes opciones de fin de vida de los módulos fotovoltaicos.

Imagen de de Al Hicks, NREL

«Nuestros análisis de sensibilidad muestran que los residuos del ciclo de vida anterior a 2050 son los más sensibles a la vida útil y la fiabilidad de los módulos», dijo Mirletz. «Las demandas de materiales vírgenes son más sensibles a los rendimientos de fabricación. Las vías de la economía circular -‘reducir, reutilizar, reciclar’- están en orden de impacto, y nuestros resultados de sensibilidad reflejan y refuerzan esta clasificación.»

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