Até há relativamente pouco tempo, a reciclagem de módulos fotovoltaicos não era uma grande preocupação do sector, uma vez que ainda existia uma difusão limitada da energia solar à escala global. Actualmente, o cenário já é bem diferente: o solar fotovoltaico faz inclusivamente parte da estratégia para os edifícios. Vale a pena lembrar que a revisão da Directiva sobre o Desempenho Energético dos Edifícios (EPBD) traz como novidade a definição de requisitos com vista à instalação de sistemas solares em edifícios novos, renovados ou existentes, criando oportunidades para tornar os edifícios solar-ready. No documento pode ler-se que “todos os novos edifícios devem estar preparados para a energia solar e devem ser concebidos de forma a optimizar o potencial de produção de energia solar com base na radiação solar do local, permitindo a instalação de tecnologias solares sem intervenções estruturais dispendiosas”. 

Neste sentido, também o tema da reciclagem de módulos fotovoltaicos tem ganhado relevância. Com a aposta no solar fotovoltaico e com o aumento da capacidade instalada nos últimos anos, as previsões de crescimento para as próximas décadas antecipam um cenário em que um número crescente de módulos em fim de vida será desactivado com um desfasamento de cerca de 25 anos após a instalação. 

Um módulo fotovoltaico é constituído por uma cadeia de células solares interligadas, embebidas em folhas de polímero e coladas a um vidro para as proteger dos agentes externos, como a humidade ou a radiação ultravioleta. O vidro e a moldura de alumínio conferem rigidez para facilitar a sua instalação e aumentar a resistência a choques e rajadas de vento, por exemplo. No momento de fabrico dos módulos solares, estes elementos que tornam o equipamento mais resistente à acção do tempo acabam por dificultar a separação e a recuperação dos materiais quando é atingido o fim de vida útil. 

No âmbito do projecto RESILIENS, financiado pela Agência Estatal de Investigação e coordenado pelo Instituto de Energia Solar (IES) da Universidade Politécnica de Madrid (UPM), quatro instituições estão a colaborar para estabelecer uma tecnologia viável, rentável e sustentável para recuperar silício e metais de equipamentos fotovoltaicos descartados e reutilizá-los no fabrico de novas células solares. Os investigadores optimizaram um processo de recuperação da prata e do silício de alta pureza, algo que pode vir a reduzir o consumo de matérias-primas e de energia, promovendo a reciclagem de módulos solares. 

Actualmente, estão a ser propostos muitos métodos para a reciclagem de módulos através de abordagens mecânicas, térmicas ou químicas. Alguns atingiram um elevado nível de desenvolvimento, por exemplo, para os componentes mais pesados do módulo, como o vidro e a estrutura de alumínio. No entanto, este nível de desenvolvimento não atingiu os contactos metálicos e o silício que constituem as células solares, que são os elementos mais exigentes em termos de consumo de energia e de impacto ambiental. Além disso, a qualidade dos materiais recuperados não é muitas vezes suficiente para os reinserir na cadeia de valor fotovoltaica. 

“Os resultados do projecto até à data validam a nossa estratégia”, afirma Carlos del Cañizo, investigador do IES-UPM e líder do projecto, em comunicado no website da Universidade Politécnica de Madrid. “Optimizámos um processo de desmetalização que recupera a prata no estado sólido e que consegue também uma relação óptima entre a recuperação do metal e a preservação do substrato de silício. Demonstramos também que a reinjecção do silício na fase de cristalização garante a obtenção de silício com pureza suficiente para o fabrico de células solares de elevada eficiência, num processo que adapta as propriedades do silício resultante às exigências actuais da indústria, por exemplo, transformando silício multicristalino em silício monocristalino”, explica o investigador. Contudo, a tarefa ainda não chegou ao fim:“ainda há trabalho a fazer para demonstrar a validade dos métodos propostos para a grande variedade de tecnologias de células existentes no mercado, bem como para analisar a sua compatibilidade com os encapsulantes utilizados na indústria”, conclui Carlos del Cañizo.

Fotografia de destaque: © Shutterstock

O conteúdo Investigação quer facilitar a reciclagem de módulos fotovoltaicos aparece primeiro em Edificios e Energia.

O vidro é um material com um papel importante nos módulos fotovoltaicos: servindo de cobertura, protege os componentes internos do painel fotovoltaico, proporcionando uma barreira protectora contra os fenómenos climatéricos, garantindo a durabilidade e o tempo de vida do sistema. Para além disso, o vidro também actua como suporte, contribuindo para a rigidez e estabilidade estrutural do módulo, e, pelo facto de ser transparente, permite que a quantidade máxima de luz solar chegue às células solares para maximizar a produção de electricidade. 

Contudo, o vidro também apresenta uma série de desafios que afectam a eficiência e o desempenho dos módulos fotovoltaicos. A reflexão da luz não utilizada é um desses desafios e a indústria tem tentado corrigi-lo através da adição de revestimentos antirreflexo. Outra questão é a acumulação de sujidade na sua superfície, que, como aponta a investigadora Cristina Leyre Pinto na sua tese, “pode bloquear a entrada de luz nas células solares e exigir processos de limpeza dispendiosos e frequentes para manter uma produção de energia óptima”. A resistência à abrasão e ao calor é outro dos desafios.  

Perante estas condicionantes, a investigadora desenvolveu estruturas nanométricas, inspiradas nas folhas da flor de lótus, para a superfície do vidro utilizado nos módulos fotovoltaicos. Segundo a sua tese de doutoramento, defendida na Universidade Pública de Navarra (UPNA), este vidro caracteriza-se por “não reflectir a luz, não se sujar e, se o fizer, só pode ser limpo com gotas de água e, além disso, arrefecer nos dias mais soalheiros, e tudo isto garantindo uma vida útil, uma vez que têm uma resistência melhorada à abrasão”. 

Depois de vários testes ao longo de três anos, a investigadora considera que finalmente chegou à receita ideal: “estruturas hierárquicas compostas por microcilindros e cobertas por nanocones aleatórios, um modelo muito semelhante ao das folhas de lótus”, descreve Cristina Leyre Pinto. Isto minimiza o reflexo, reduz a aderência do pó e a temperatura de funcionamento, e melhora a sua capacidade de auto-limpeza. Além disso, ao não adicionar qualquer revestimento externo, a resistência à abrasão é superior à das soluções comerciais. 

Se há luz que é reflectida nos módulos fotovoltaicos, isso significa que não chegou às células dos painéis e que, portanto, não é convertida em electricidade. “Esta reflexão é causada por uma mudança brusca do índice de refração, uma propriedade dos materiais, de 1 (ar) para 1,5 (vidro).Os nanocones fabricados no vidro eliminam essa mudança abrupta, pois geram uma transição gradual do índice de refração do ar para o vidro e, assim, minimizam a luz reflectida”, explica a investigadora. 

Painéis solares mais limpos 

Outra vantagem destas estruturas de vidro é o facto de se sujarem menos. “Estas nanoestruturas aumentam a distância entre a base da superfície do vidro e a superfície do pó e diminuem drasticamente as forças que regem a adesão”, refere a investigadora. Com recurso a três métodos de medição, foi obtida uma diminuição da taxa de sujidade dos módulos fotovoltaicos em cerca de 50%, o que mantém os módulos mais limpos durante um período de tempo mais longo. 

Embora não seja possível evitar completamente a sujidade, foi descoberta a capacidade de auto-limpeza. Isto significa que quando uma gota de água cai no vidro, esta espalha-se e recolhe a sujidade que possa estar na superfície do módulo e, estando inclinado, a gota escorrega e leva a sujidade consigo, limpando assim o módulo. 

A durabilidade “excepcional” 

No que diz respeito à resistência à abrasão, as estruturas nanométricas directamente gravadas no vidro “asseguram uma durabilidade excepcional e evitam os problemas de descolamento comuns nas soluções comerciais”. Os testes de abrasão mostram que estas estruturas registam apenas uma ligeira deterioração de 1% após 500 ciclos de abrasão com areia, em comparação com 2,5% a 3% para outros revestimentos comerciais. 

Por fim, a investigadora refere o efeito de estufa produzido pelo vidro, que foi eliminado com os microcilindros. “Todo o calor gerado pelas células solares é absorvido pelo vidro, que por sua vez o emite em todas as direcções, arrefecendo-se a si próprio e, consequentemente, arrefecendo as células. Neste projecto, conseguimos reduzir a temperatura até 2,5°C em dias de sol, o que aumenta a produção eléctrica do módulo”, conclui Cristina Leyre Pinto, que trabalha actualmente como investigadora no Laboratório de Materiais e Revestimentos para Energia do Departamento de Tecnologias e Armazenamento de Energia Solar do CENER. 

Fotografia de destaque: © Shutterstock

O conteúdo Investigadora desenvolve vidro inovador que torna os painéis fotovoltaicos mais eficientes aparece primeiro em Edificios e Energia.