LCA of silicon PV panels/Análisis del ciclo de vida de paneles fotovoltaicos de silicio

Las tecnologías de energía alternativa, como los módulos fotovoltaicos (Figura 1), están ganando popularidad en todo el mundo. En 2008, por primera vez, las inversiones mundiales en fuentes de energía alternativa atrajeron a más inversores que los combustibles fósiles, alcanzando un capital neto de 155.000 millones de dólares frente a los 110.000 millones de dólares de nuevas inversiones en petróleo, gas natural y carbón. Solo la energía solar generó 6.500 millones de dólares en ingresos mundiales en 2004, y se prevé que casi triplique esa cifra, con unos ingresos proyectados de 18.500 millones de dólares para 2010.

Las tecnologías de energía alternativa están ganando popularidad en todo el mundo debido a una mayor concienciación y preocupación por la contaminación y el cambio climático global . Estas tecnologías ofrecen una nueva opción para obtener energía útil de fuentes con menor impacto ambiental en el planeta. Pero, ¿cuánto menor?

Una revisión publicada anteriormente sobre el análisis de energía neta de los sistemas fotovoltaicos basados ​​en silicio ^{[ 1 ]} reveló que todos los tipos de sistemas fotovoltaicos basados ​​en silicio (amorfo, policristalino y monocristalino) generan mucha más energía a lo largo de su vida útil de la que se consume en su producción. Todos los sistemas fotovoltaicos modernos de silicio se amortizan en términos de energía en menos de 5 años, incluso en escenarios de instalación muy subóptimos.

Este artículo analiza todos los impactos ambientales asociados con la producción y el uso a lo largo de la vida útil de los paneles fotovoltaicos (FV) de silicio.

Una Evaluación del Ciclo de Vida (ECV) evalúa los impactos ambientales de un producto o proceso desde su producción hasta su eliminación. ^{[ 2 ]} Una ECV investiga los insumos de materiales y energía necesarios para producir y usar un producto, las emisiones asociadas con su uso y los impactos ambientales de su eliminación o reciclaje. La ECV también puede investigar los costos externos, como la mitigación ambiental, que se hacen necesarios debido a la producción o el uso de un producto. ^{[ 3 ]}

La siguiente sección contiene un breve análisis del ciclo de vida de los paneles fotovoltaicos de silicio. Los factores del ciclo de vida que se analizan incluyen: la energía necesaria para la producción, las emisiones de dióxido de carbono durante el ciclo de vida y todas las emisiones contaminantes generadas a lo largo de la vida útil de un panel fotovoltaico, desde el transporte y la instalación hasta el funcionamiento y la eliminación.

La fabricación de paneles fotovoltaicos es, con diferencia, la etapa que consume más energía en la instalación de módulos fotovoltaicos. Como se observa en la Figura 2, se utiliza una gran cantidad de energía para convertir la arena de sílice en el silicio de alta pureza necesario para las obleas fotovoltaicas. El ensamblaje de los módulos fotovoltaicos es otra etapa que requiere un alto consumo de recursos, debido a la incorporación de marcos de aluminio y cubiertas de vidrio de alto contenido energético.

El impacto ambiental de un módulo fotovoltaico de silicio implica la producción de tres componentes principales: el marco, el módulo y los componentes del sistema auxiliar, como el bastidor y el inversor. ^{[ 3 ]} Los gases de efecto invernadero son causados ​​principalmente por la producción del módulo (81%), seguida del sistema auxiliar (12%) y el marco (7%) ^{[ 3 ]} ). Los requisitos de recursos del ciclo de producción se resumen en la Figura 3.

Las emisiones de dióxido de carbono del ciclo de vida se refieren a las emisiones causadas por la producción, el transporte o la instalación de materiales relacionados con los sistemas fotovoltaicos. Además de los módulos en sí, la instalación típica incluye cable eléctrico y una estructura metálica. Los sistemas fotovoltaicos instalados en tierra también incluyen una base de hormigón. Las instalaciones remotas pueden requerir infraestructura adicional para la transmisión de electricidad a la red eléctrica local. Además de los materiales, un análisis del ciclo de vida debe incluir el dióxido de carbono emitido por los vehículos durante el transporte de los módulos fotovoltaicos entre la fábrica, el almacén y el lugar de instalación. La Figura 4 compara las contribuciones relativas de estos factores al impacto del dióxido de carbono durante el ciclo de vida de cinco tipos de módulos fotovoltaicos. ^{[ 5 ]}

El transporte representa aproximadamente el 9 % de las emisiones del ciclo de vida de los sistemas fotovoltaicos. ^{[ 5 ]} Los módulos fotovoltaicos, los bastidores y los componentes auxiliares del sistema (como cables, conectores y soportes de montaje) se fabrican con frecuencia en el extranjero y se transportan a Estados Unidos por barco. ^{[ 6 ]} Dentro de Estados Unidos, estos componentes se transportan en camión a los centros de distribución y, finalmente, al lugar de instalación.

Las emisiones asociadas a la instalación incluyen las emisiones de vehículos, el consumo de materiales y el consumo de electricidad asociado a las actividades de construcción locales para instalar el sistema. Estas actividades generan menos del 1 % de las emisiones totales del ciclo de vida del sistema fotovoltaico. ^{[ 6 ]}

No se generan emisiones atmosféricas ni hídricas durante el uso de módulos fotovoltaicos. La contaminación atmosférica se ve afectada durante la fabricación de módulos fotovoltaicos debido a las emisiones de solventes y alcohol que contribuyen a la formación de ozono fotoquímico. Las cuencas hidrográficas se ven afectadas por la fabricación de módulos debido a la extracción de recursos naturales como cuarzo, carburo de silicio, vidrio y aluminio. En general, la sustitución de la electricidad de la red eléctrica mundial actual por sistemas fotovoltaicos centrales daría lugar a reducciones del 89-98% en las emisiones de gases de efecto invernadero, contaminantes atmosféricos, metales pesados ​​y especies radiactivas. ^{[ 7 ]}

La eliminación de módulos fotovoltaicos de silicio no ha causado impactos significativos porque las instalaciones a gran escala solo se han utilizado desde mediados de la década de 1980 y los módulos fotovoltaicos tienen una vida útil de al menos 30 años. ^{[ 8 ]} Fthenakis et al. (2005) ^{[ 2 ]} identificaron específicamente una falta de datos disponibles sobre la eliminación o el reciclaje de módulos fotovoltaicos, por lo que este tema justifica una investigación más exhaustiva.

Las emisiones totales del ciclo de vida asociadas a la producción de energía fotovoltaica son ligeramente superiores (a partir de 2006, esta cifra se ha reducido significativamente desde entonces) a las de la energía nuclear, pero inferiores a las de la producción de energía a partir de combustibles fósiles. A continuación se enumeran las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida de varias tecnologías de generación de energía: ^{[ 3 ]}

• Silicio fotovoltaico: 45 g/kWh
• Carbón: 900 g/kWh
• Gas natural: 400-439 g/kWh
• Nuclear: 20-40 g/kWh

Durante su vida útil de 20 a 30 años, los módulos solares generan más electricidad de la que consumieron durante su producción. El tiempo de recuperación energética cuantifica la vida útil mínima necesaria para que un módulo solar genere la energía que se utilizó para producirlo. Como se muestra en la Tabla 1, el tiempo promedio de recuperación energética es de 3 a 6 años.

• Comparación de CO2 de 3 MW de Engr 308 CPH