Una nueva investigación del National Renewable Energy Laboratory (NREL) sugiere que los módulos fotovoltaicos de mayor duración podrían reducir la cantidad de materiales y de procesos de fabricación necesarios. Para llegar a sus conclusiones, han empleado una herramienta de código abierto que utiliza los datos más recientes de la industria fotovoltaica para modelar el flujo de materiales fotovoltaicos durante las próximas décadas.
Para cumplir con sus objetivos de descarbonización para 2050, Estados Unidos necesitará instalar hasta 20 veces más módulos solares fotovoltaicos de los que se instalan hoy. Pero todavía existen preocupaciones sobre los residuos, el impacto de los materiales y la justicia energética, especialmente si se tiene en cuenta lo rápido que debe crecer la fabricación de energía fotovoltaica para cumplir con los objetivos de 2050.
El equipo de investigadores de NREL realizó un análisis cuantitativo de cómo la vida útil de los módulos fotovoltaicos y las tasas de reciclaje pueden afectar al flujo de materiales fotovoltaicos hasta 2050 en una red totalmente descarbonizada. Su modelado de diferentes escenarios hipotéticos se detalla en un nuevo artículo publicado en PLOS ONE, ‘Circular Economy Priorities for Photovoltaics in the Energy Transition’.
Rango de vida útil y tasas de reciclaje
Entre los 336 escenarios que consideraron los autores, que combinaron un rango de vida útil de los módulos y tasas de reciclaje, dos escenarios representan los límites superior e inferior de los posibles enfoques para una economía circular de módulos fotovoltaicos: módulos con una vida útil extendida de 50 años y módulos de 15 años con una alta tasa de reciclaje de circuito cerrado (lo que significa que los materiales se reutilizan en módulos nuevos en lugar de reciclarse en productos más simples). Estos se compararon con un escenario de referencia que asumía una vida útil del módulo de 35 años y una baja tasa de reciclaje que refleja la tecnología actual. Si bien es poco probable que se produzcan módulos de 15 años y los módulos de 50 años aún no están disponibles.
Las vidas útiles más largas de los módulos podrían reducir la demanda de nuevos materiales en un 3% con respecto al escenario de referencia al reducir la necesidad de un despliegue solar adicional para lograr los mismos objetivos en los Estados Unidos.
Debido a que los módulos de vida corta requieren 1,2 TW adicionales de módulos de reemplazo para mantener la capacidad de generación fotovoltaica hasta 2050, deben alcanzar tasas de reciclaje de circuito cerrado del 95% o más para evitar la necesidad de cantidades mayores de materiales nuevos que el escenario de referencia de 35 años. El modelado consideró solo el flujo de materiales para los módulos de silicio cristalino, que dominan el mercado fotovoltaico actual, pero se puede aplicar a otras tecnologías fotovoltaicas.
Tres tendencias
Si bien este modelo se centró en los flujos de materiales, sin considerar aspectos como la demanda de energía y la intensidad de carbono de la fabricación, la equidad y la economía, los autores notaron tres tendencias importantes.
Los módulos de larga duración no solo reducen la demanda de material nuevo, sino que también ofrecen un período de gracia más largo para desarrollar e implementar procesos de reciclaje o refabricación al final de su vida útil, ya que pasará más tiempo hasta que comiencen a retirarse.
Los módulos de vida más corta deben lograr altas tasas de recolección y reciclaje/refabricación para evitar el consumo de nuevos materiales adicionales.
El vidrio compone la mayoría (en masa) de los módulos fotovoltaicos actuales. Al desarrollar procesos de reciclaje o refabricación, será importante considerar el vidrio fotovoltaico para garantizar un suministro constante de vidrio de alta calidad además de silicio y metales.
Herramienta de código abierto
Para modelar los flujos de materiales fotovoltaicos hasta 2050, el equipo de NREL desarrolló una herramienta llamada PV in the Circular Economy (PV ICE). PV ICE 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.
Desarrollada por un pequeño equipo en PV Reliability Group de NREL, 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 es un modelo que rastrea cómo estos módulos, materiales y las energías que contienen se moverán a través del ciclo de vida fotovoltaico.