Utilização de painéis solares

A energia solar é atualmente a fonte de energia mais renovável e que mais cresce no mundo. O relativo declínio no custo da energia solar a tornou disponível para mais pessoas do que nunca e levou a um crescimento exponencial em seu uso.

Mas à medida que a indústria de energia solar se desenvolve, surge o problema da gestão de resíduos. O que acontecerá com milhões de painéis solares em todo o mundo no final de sua vida útil?

Por que os painéis solares devem ser reciclados?

Quem trabalha na indústria solar está bem ciente dos benefícios que a energia solar proporciona. A energia limpa e renovável economiza dinheiro e combustíveis fósseis, ajuda a reduzir as emissões de gases de efeito estufa e requer manutenção mínima e investimento vitalício em comparação com outras formas de geração de energia. Mas mesmo muitos profissionais do setor não sabem quais são os prós e os contras dos módulos solares no final de sua vida útil.

O equipamento solar durará décadas, especialmente se mantido adequadamente. A vida útil do projeto de um painel solar é de aproximadamente 20 a 30 anos, e a maioria dos fabricantes de painéis solares oferece uma garantia de desempenho para proteger os proprietários do sistema solar. A garantia garante que os painéis solares gerarão uma certa quantidade de energia, exceto em dias nublados inesperados. Muitos fabricantes garantem 90% de desempenho após 10 anos e 85% após 25 anos.

Os painéis solares tornam-se menos eficientes ao longo do tempo e as garantias de desempenho protegem os consumidores no caso de um declínio prematuro na produção de energia. A maioria dos sistemas instalados no final dos anos 80 e início dos anos 90 ainda produz uma quantidade razoável de energia. No entanto, chegará o dia em que será necessária uma infraestrutura confiável para sua eliminação, pois um grande número de sistemas solares será desativado.

Com mais de 400 gigawatts de módulos fotovoltaicos instalados no mundo hoje, é importante que eles não se tornem um fardo para o meio ambiente, mas sirvam ao benefício das pessoas e não causem danos no futuro. De acordo com especialistas, o problema da utilização de “resíduos solares” enfrentará a humanidade globalmente em 2-3 décadas, já que a maioria dos painéis solares que estão funcionando hoje terão esgotado seus recursos nesta época. Além disso, a ameaça ao meio ambiente será bastante alta, porque haverá uma quantidade incrivelmente grande de resíduos difíceis de reciclar.

Em alguns casos, os módulos fotovoltaicos podem ser reutilizados ou reformados e receber uma “segunda vida” para gerar eletricidade. Outros componentes de sistemas solares também podem ser manuseados com responsabilidade. Inversores, por exemplo, podem ser reciclados como lixo eletrônico, enquanto quadros, equipamentos de estantes podem ser reutilizados com novas tecnologias ou reciclados como outros metais.

Atualmente, a maioria dos países não possui uma infraestrutura confiável para a reciclagem de painéis solares. Como a energia solar é uma indústria relativamente jovem, a taxa anual de desativação dos sistemas de energia solar ainda é baixa. A maioria dos painéis solares que são descartados anualmente ainda não atingiu sua vida útil, mas estão simplesmente danificados ou defeituosos.

De acordo com a previsão da Agência Internacional de Energias Renováveis (IRENA) , sem reciclagem, até 2050 os resíduos globais da produção de painéis fotovoltaicos aumentarão significativamente e atingirão aproximadamente 60-80 milhões de toneladas (volume acumulado). Como todas as células solares contêm uma certa quantidade de substâncias tóxicas, isso pode ser um problema. Os painéis solares contêm metais pesados, como cádmio e chumbo, que podem ser lixiviados no meio ambiente se não forem reciclados adequadamente. Painéis solares descartados de forma descuidada podem acabar em grandes aterros, o que trará consequências negativas para o meio ambiente. Mas, além de proteger o meio ambiente, a reciclagem de painéis solares também é economicamente benéfica. As reservas naturais de alguns elementos raros contidos em módulos solares (por exemplo, gálio, índio) se esgotam com o tempo. Eles podem ser salvos ao reciclar painéis solares e continuar a ser usados para fazer novos painéis solares e outros produtos. De acordo com especialistas da IRENA, até 2050 a reciclagem de módulos solares secundários pode gerar até US$ 15 bilhões em receita.

Opções de reciclagem de painéis solares

Como dissemos, alguns dos materiais que compõem os painéis solares podem ser reaproveitados: vidro, alumínio, cobre e semicondutores. Por exemplo, na composição de baterias de silício cristalino, aproximadamente 76-77% de vidro, 10-12% de materiais poliméricos, cerca de 8-9% de alumínio, 5-6% semicondutores de silício , cerca de 1% de cobre, e também há outros metais – não mais que 0,1% (prata, estanho, chumbo, gálio, arsênico, etc.) Em módulos de filme fino, a proporção de vidro é muito maior – de 88 a 97% em diferentes modelos. Mas eles geralmente incluem compostos tóxicos como telureto de cádmio, bem como disseleneto de índio e cobre. Aproximadamente 85-95% dos “resíduos solares” são recicláveis – esquadrias de alumínio, racks e racks, vidro. O resto dos resíduos são os próprios módulos fotovoltaicos, folha metálica, quadros de distribuição, fios de ligação, caixas de terminais, placas de circuito impresso, solda de chumbo.

Existem duas maneiras principais de reciclar painéis. Este é o chamado “fino” quando quase todos os elementos são removidos dos painéis usados para processamento, e a segunda opção é o “processamento bruto”, quando apenas materiais básicos (alumínio, plástico, vidro) são removidos. No “processamento fino”, os módulos são pré-tratados, o revestimento laminado é removido, vidros e metais são removidos.

Mas como há relativamente pouco lixo solar hoje, ele é principalmente reciclado nas fábricas para reciclar vidro e metal. Com efeito, o que está acontecendo é uma “reciclagem bruta” na qual metais valiosos e ambientalmente perigosos não são recuperados e descartados adequadamente. Portanto, muitas empresas estão pensando em como tornar o processo de reciclagem de painéis solares o mais ideal e ecológico.

O rápido desenvolvimento da indústria solar também levará a um aumento no número de painéis solares que precisam ser reciclados ou descartados nos próximos anos. Portanto, em alguns países, os fabricantes de painéis solares são obrigados a cumprir os requisitos e normas de eliminação a nível legislativo. Por exemplo, na Europa hoje, até 70% dos materiais que compõem os módulos solares são recuperados para reutilização.

Mas a cada ano mais painéis chegam ao fim de sua vida útil, e mesmo agora os antigos painéis solares estão lentamente se tornando um problema. A reciclagem ainda está em um estágio muito inicial de desenvolvimento, mas à medida que o mercado continua crescendo, ela desempenhará um papel importante na indústria solar. Para uma indústria que se orgulha da sustentabilidade, ela precisa se concentrar na reciclagem de painéis solares no final da vida útil para que eles não acabem em aterros sanitários.

Do ponto de vista regulatório, os resíduos de painéis fotovoltaicos ainda se enquadram na classificação geral de resíduos. A única exceção existe no nível da UE, onde os painéis fotovoltaicos são definidos como lixo eletrônico nos documentos relevantes . Portanto, a crença comum de que os painéis solares não são recicláveis é um mito. Este é um processo que precisa de tempo para ser amplamente adotado, bem como mais pesquisas, para liberar totalmente o potencial de reciclagem adequada de todos os componentes das células solares. Por esse motivo, é essencial que os departamentos de projeto e processamento das empresas trabalhem em conjunto para garantir o descarte ideal.

Dada a vida útil dos painéis solares , pode-se esperar um aumento na reciclagem de painéis solares já no início da década de 2030. É importante que esses painéis sejam reciclados, caso contrário recursos valiosos que poderiam ser usados para produzir mais painéis solares acabarão em aterros sanitários e, pior, compostos tóxicos serão liberados no meio ambiente.

Como os painéis solares são descartados?

Como qualquer outro produto, os painéis solares podem ser reciclados. Por exemplo, um módulo cristalino inclui materiais primários como vidro, plástico, alumínio. Todos esses três materiais podem ser descartados usando o processo normal de reciclagem.

Embora os próprios wafers de silício não sejam recicláveis como vidro e plástico, algumas empresas especializadas em reciclagem podem reutilizar células de silício derretendo-as e recuperando silício e vários metais.

A dificuldade em reciclar painéis solares não é que os materiais de que são feitos sejam difíceis de reciclar; em vez disso, eles são compostos de muitos elementos que são usados juntos em um único produto. Separar esses materiais e reciclá-los é um processo complexo, demorado e caro. Para isso, os processadores usam equipamentos modernos.

O mercado de reciclagem de painéis solares está crescendo gradualmente. A principal razão pela qual isso está acontecendo em um ritmo tão lento é que o número de painéis solares que podem ser reciclados ainda é limitado. No entanto, as instalações e divisões de reciclagem estão desenvolvendo infraestrutura para aumentar sua própria capacidade.

O processo de reciclagem de diferentes tipos de painéis – detalhes

Processo de reciclagem do painel

Existem dois tipos principais de painéis solares que exigem abordagens diferentes para a reciclagem – à base de silício e filme fino. Ambos os tipos de painéis podem ser reciclados usando vários processos industriais. Atualmente, os painéis à base de silício são mais comuns, embora isso não signifique que haja menos valor em materiais de células à base de filmes finos.

A pesquisa realizada sobre o tema da reciclagem de painéis solares levou ao surgimento de inúmeras tecnologias. Alguns deles até alcançam eficiências de reciclagem surpreendentes de até 96% , mas o objetivo é elevar ainda mais a fasquia no futuro. Embora os módulos possam ser reutilizados, o processo de separação de materiais pode ser complexo e exigir equipamentos avançados.

painéis solares de silício

O processo de reciclagem dos painéis fotovoltaicos à base de silício começa com a desmontagem do próprio produto para separar as partes de alumínio e vidro. Quase todo o vidro (cerca de 95%) é reciclável e todas as peças metálicas externas são para remodelação de estruturas celulares. O restante dos materiais é processado a 500°C em uma unidade de tratamento térmico para facilitar a ligação entre os elementos da célula. Devido ao calor intenso, o plástico encapsulante evapora, deixando as células de silício prontas para processamento posterior. A tecnologia de suporte garante que mesmo esse plástico não seja desperdiçado, por isso é reutilizado como fonte de calor para posterior tratamento térmico.

Após o tratamento térmico, tudo o que é separado pode ser facilmente reutilizado em 80%, enquanto os 20% restantes ainda são purificados. As partículas de silício na camada de ligação das pastilhas são gravadas com ácido. Wafers deformados e gastos são fundidos para serem reutilizados na produção de novos módulos de silício, resultando em 85% de reciclagem de silício .

Resumidamente, os principais estágios de utilização do módulo de silício podem ser expressos da seguinte forma:

  • retirada da moldura de alumínio (100% reutilizável);
  • separação do vidro ao longo da esteira transportadora (95% reutilizável);
  • tratamento térmico a 500℃ (ajuda a separar as células solares dos componentes plásticos);
  • separação de pastilhas de silício;
  • gravação da camada de conexão de pastilhas de silício;
  • o processamento subsequente do próprio silício é sua refusão em placas reutilizáveis (85% reutilizáveis), que são então usadas para produzir novos painéis.

Painéis solares de filme fino

Os painéis de película fina são reciclados de forma mais radical, e a tecnologia para seu descarte foi desenvolvida no final dos anos 90 nos Estados Unidos e hoje é utilizada em vários países europeus. Todos os elementos desmontados dos painéis solares são processados aqui em um único ciclo.

Primeiro eles são colocados em um moedor mecânico grosso. Então, com a ajuda de um moinho de martelos, é obtida uma fração de resíduos, cujas peças têm um tamanho não superior a 4 a 5 mm. É nessas dimensões que as ligações de conexão dos materiais são destruídas, o que torna possível separá-los. Ao contrário dos painéis à base de silício, a substância restante consiste em sólidos e líquidos componentes. Para sua separação (separação de resíduos líquidos e sólidos), é utilizado um tambor rotativo de aço inoxidável, que mantém principalmente as partes sólidas girando dentro dele, enquanto o líquido flui para um recipiente especial. Com a ajuda da lixiviação, a camada semicondutora é separada e os materiais sólidos (vidro e plástico) são separados do líquido. Em seguida, a solução resultante – um líquido – é depositada e purificada para separar completamente os vários materiais semicondutores. A última etapa depende da tecnologia real utilizada na produção dos painéis. No entanto, em média, cerca de 95% do material semicondutor não é apenas utilizável, mas também reutilizável.

Os resíduos sólidos separados geralmente estão contaminados com os chamados materiais intercamadas, que possuem uma massa menor e podem ser removidos através de uma superfície vibratória. Depois disso, o material é lavado. O que permanece como vidro puro gera uma economia de até 90% na remanufatura de elementos de vidro.

Opções de reciclagem de painéis solares

Os painéis solares são tradicionalmente processados em instalações de reciclagem de vidro em geral, onde as estruturas metálicas e as peças de vidro são recicladas e o restante das peças é descartado ou incinerado. Atualmente, existem várias organizações globais em todo o mundo trabalhando para tornar a reciclagem de painéis solares o mais completa possível.

Na Europa, o mercado solar é bastante desenvolvido, com muitos países europeus instalando sistemas fotovoltaicos mais potentes já na década de 1990. Portanto, o mercado de reciclagem de módulos solares fotovoltaicos está em constante desenvolvimento aqui. A Diretiva de Resíduos de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos da União Européia (WEEE) ajudou a estabelecer a PV Cycle Association para reciclar módulos solares usados e promover e implementar as melhores práticas globais de reciclagem.

De acordo com os regulamentos governamentais, os proprietários de painéis solares na Europa devem descartar seus painéis após usá-los. Isso criou um mercado para recicladores de painéis comerciais, como a Veolia (França), uma das maiores empresas de tratamento de água, abastecimento e descarte de resíduos da Europa. Faz parceria com a organização sem fins lucrativos PV Cycle para coletar e reciclar painéis solares. Em 2018, a Veolia inaugurou a primeira usina de reciclagem de painéis solares da Europa em Rousset, sul da França. Nesta instalação de alta tecnologia, robôs separam vidro, silício, plásticos e metais de painéis solares gastos ou danificados.

A US Solar Energy Association – SEIA – também conta com diversos parceiros de reciclagem, e essa parceria beneficia seus membros. Um exemplo de parceiro de reciclagem da SEIA é a Cleanlites em Cincinnati, que opera várias instalações que reciclam painéis e outros equipamentos solares.

Os fabricantes também estão fazendo esforços para reciclar a energia solar. Por exemplo, empresas como SunPower e First Solar estão implementando programas globais de reciclagem para seus clientes. Ele prevê que os proprietários de sistemas solares que são clientes dessas marcas podem devolver painéis solares velhos e usados aos fabricantes para reciclagem ou reaproveitamento.

Muita atenção é dada ao problema da utilização e reciclagem de painéis solares no Japão e em outros países desenvolvidos. Programas estão sendo desenvolvidos em nível estadual para pressionar mais os fabricantes a criar e implementar programas de reciclagem.

Na Ucrânia, Rússia e países da CEI, o mercado de baterias solares ainda está em desenvolvimento. Assim, o problema de seu descarte e processamento também está no futuro. Até agora, apenas aqueles que estão seriamente engajados em energia solar estão pensando cada vez mais nisso. Afinal, quanto mais rápido o mercado de energia solar crescer, mais os sistemas solares falharão. Todos eles precisarão ser descartados, e isso é uma questão das próximas décadas. É por isso que é importante desenvolver e implementar tecnologias de reciclagem para resíduos solares fotovoltaicos já hoje, a fim de maximizar os benefícios ambientais e econômicos da energia solar.