Investigadores del National Renewable Energy Laboratory (NREL, Laboratorio Nacional de Energía Renovable) de EE.UU. han diseñado un nuevo modelo de software denominad0 PV ICE que ayuda a la industria fotovoltaica a considerar qué hacer con los módulos al final de su vida útil y les guía hacia una economía circular para estos materiales.
PV ICE es una herramienta de modelado que utiliza los datos más recientes de la industria fotovoltaica para modelar el flujo de materiales fotovoltaicos durante las próximas décadas, lo que ayuda a predecir los efectos de las diferentes tendencias del mercado, desarrollos tecnológicos y políticas gubernamentales.
Economía fotovoltaica circular
A medida que la energía solar crece rápidamente como fuente de energía, la cantidad de módulos fotovoltaicos (PV) que se fabrican e instalan cada año seguirá aumentando. Para 2050, Estados Unidos puede haber instalado 1.600 GW de energía fotovoltaica (o más) para descarbonizar su sistema eléctrico, unas 20 veces la cantidad instalada hoy. Incluso antes de 2050, es posible que muchos de estos módulos fotovoltaicos comiencen a retirarse del servicio. Y es aquí cuando surge la pregunta de qué sucede entonces con esos módulos.
Muchos investigadores y miembros de la industria fotovoltaica han comenzado a considerar soluciones a la cuestión del final de la vida útil de los módulos fotovoltaicos. La mayoría prevé una economía circular para los materiales en la que los módulos o sus materiales (como el vidrio, el silicio o el aluminio, entre otros) se recuperan al final de su vida útil para su reutilización o reciclaje.
Una economía fotovoltaica más circular recogería grandes cantidades de residuos fotovoltaicos de los vertederos y recuperaría a partir de ellos valiosos materiales que serían utilizados en la fabricación de nuevos módulos solares (reduciendo así la escala de nuevos recursos que deben extraerse y refinarse para desarrollar un sistema de energía libre de carbono). Sin embargo, reuniones recientes de expertos en energía fotovoltaica sobre este tema han revelado un gran obstáculo: faltan datos sobre el final de la vida útil de los módulos fotovoltaicos.
Piezas clave de PIV ICE
Desarrollado por un pequeño equipo en PV Reliability Group de NREL, el software PV ICE responde a esta y otras preguntas. La herramienta de código abierto consta de dos piezas principales. La primera pieza es un conjunto de archivos de datos que recopilan las propiedades clave de los módulos fotovoltaicos actuales y las predicciones para los módulos futuros, incluidas las cantidades de diferentes materiales que contienen, su vida útil esperada y sus eficiencias de conversión de energía, entre otros.
La segunda pieza clave de PV ICE es un modelo de cómo estos módulos y los materiales que contienen se moverán a lo largo del ciclo de vida fotovoltaico. Esto incluye proyecciones de cuántos módulos solares se instalarán en los próximos años y suposiciones sobre procesos clave, como eficiencias de fabricación o rendimientos y tasas de falla. Igual de importante, 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 confiabilidad mejorada o diferentes vías circulares, como reparación, reutilización, refabricación o reciclaje, podrían afectar a la cantidad de material de módulo retirado que se deposita en vertederos y cuánto se puede recuperar para ayudar a implementar más módulos fotovoltaicos. El resultado es un modelo detallado de cómo los materiales ingresan, se mueven y, potencialmente, salen de una economía fotovoltaica circular.
Herramienta de código abierto
El equipo está trabajando para agregar a PV ICE dimensiones que abarcan otras áreas clave de la economía circular. Primero estarán los flujos de energía y los factores financieros, que permitirán al equipo examinar el retorno de la inversión para diferentes enfoques de reutilización o reciclaje. Después de eso, el equipo utilizará los flujos de masa y energía con herramientas de evaluación del ciclo de vida para calcular el impacto ambiental y la intensidad del carbono. Finalmente, se completará con métricas de impacto social, que considerarán la creación de empleo, los salarios y la seguridad de los trabajadores de diferentes enfoques de economía circular.
La herramienta de código abierto resultante será útil para muchos grupos diferentes. Las agencias federales y estatales pueden estudiar la sostenibilidad de sus opciones de compra, objetivos de investigación y políticas, y predecir el momento de los residuos fotovoltaicos locales. Los fabricantes de módulos podrían evaluar los impactos a largo plazo de sus nuevos diseños de módulos, opciones de materiales y cadenas de suministro, y planificar mejor la gestión del final de la vida útil (por ejemplo, ubicar instalaciones de reciclaje). Los propietarios de sistemas fotovoltaicos y sus inversores pueden comprender mejor los efectos de sus elecciones a medida que financian nuevos despliegues o mantienen (y retiran) los sistemas existentes.