Sustentabilidad Energética de los Paneles Fotovoltaicos

Este artículo originalmente formaba parte de uno que recopilaba varias notas, pero finalmente cobró personalidad propia y mereció estar por separado. Se basa en otro de Low-tech Magazine.
http://www.lowtechmagazine.com/2015/04/how-sustainable-is-pv-solar-power.html

Traduje las partes que me resultaron más interesantes. Para los de mirada crítica, el artículo original contiene varias referencias a artículos de investigación que fundamentan los números y afirmaciones aquí realizadas.

+Conclusión
-Cuando hablamos de fuentes energéticas renovables, y su sustentabilidad, es necesario analizar:
–Tiempo de repago energético
–Huella de carbono
–Tiempo de repago económico, para aquellos que todavía nos tenemos que fijar en el aspecto económico para afrontar este tipo de inversiones.

-En números para un panel FV:
-Está visto en el artículo que tiene un tiempo de repago energético de entre 1,9 y 2,4 años (dependiendo de donde se ha fabricado y donde se instala).
-Su huella de carbono ideal es de 30 gCo2e/KWh, aunque profundizando el análisis, en la práctica es valor fácilmente ronda los 120 gCo2e/KWh.
Esto es mucho? Un punto de comparación es la electricidad generada por una centrla termoeléctrica alimentada a gas (450 gCO2e/kWh), y una alimentada a carbón (+1,000 gCO2e/kWh).

Los sistemas solares fotovoltaicos 8FV) generan electricidad “gratis” a partir de la luz del sol, pero fabricarlos es un proceso intensivo energéticamente.

Se asume generalmenet que sólo hacen falta un par de años para que los paneles solares hayan generado tanta energía como hizo falta para hacerlos, resultando en muy bajas emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) comparado con la electricidad convencional que llega por la red.

Sin embargo, los estudios sobre los que se realizó tal asunción están escritos por un puñado de investigadores que tienen una inclinación cuestionablemente positiva hacia la FV. Un análisis más crítico muestra que la energía acumulada y el balance de CO2 de la industria es negativo, significando que la energía solar FV ha en realidad aumentado el uso energético y las emisiones de GEI en vez de bajarlos. En el artículo original en inglés se analiza esto en el párrafo “Energy Cannibalism”. Como no está traducido, lo resumo a continuación. El ahorro energético dado por el desplazamiento de energía eléctrica por solar FV, así como el ahorro en huella de carbono, se ven canibalizados porque la tasa de crecimiento en la producción de estos paneles es mayor al ahorro mismo.

–Sustentabilidad en términos de emisiones de carbono:
De acuerdo a los últimos Análisis de Ciclo de Vida (ACV) que miden el impacto ambiental de de paneles solares FV desde la fabricación hasta la disposición final, las emisiones de GEI han descendido a alrededor 30 gramos de CO2 equivalentes por KiloWatt-hora de electricidad generada (gCO2e/KWh), comparado con los 40-50 gCO2e/KWh de diez años atrás. 1)Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Erik Alsema, in Environmental Science & Technology, 2008, 42 (6), pp. 2168-2174 2)Renewable and Sustainable. Presentation at the Crystal Clear final event, Munich, M.J. De Wild-Scholten 3)Update of PV energy payback times and life-cycle greenhouse gas emissions, (PDF), In: 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, Germany. Fthenakis V., Kim, H.C., Held, M., Raugei, M., Krones, J. 4)Life Cycle Inventories and Life Cycle Assessments of Photovoltaic Systems, (PDF). IEA International Energy Agency, Report IEA-PVPS T12-02:2011. Vasilis Fthenakis. October 2011. 5)Crystalline Silicon and Thin Film Photovoltaic Results – Life Cycle Assessment Harmonization, National Renewable Energy Laboratory, 2013 6)Debe notarse que los últimos datos no están todavía confirmados dado que no son dominio público, pero sin embargo asumimos el valor de 30 gCO2e/kWh

De acuerdo a estos números, la electricidad generada por sustemas FV es 15 veces menos intensiva en carbono que la electricidad generada por una planta termoelectrica de gas natural (450 gCO2e/kWh), y al menos 30 veces menos intensiva en carbono que la electricidad generada por una planta termoeléctrica a carbón (+1,000 gCO2e/kWh). Los más citados Tiempos de Repago Energéticos (EPBT por sus siglas en inglés) para solar FV rondan entre uno y dos años. Pareciera que la energía fotovoltaica, disponibles desde principios de 1970, está finalmente lista para conquistar el rol de los combustibles fósiles.

–Manufactura en China
Hoy el 67% de las celdas FV se producen en China, donde la producción de energía eléctrica es el doble de intensiva en carbón, y un 50% menos eficiente. Dado que la fabricación de celdas FV se basa en energía eléctrica (más de 95%), esto significa qu a pesar del menor precio y la creciente eficiencia energética, la producción de celdas solares se ha vuelto más intensiva energéticamente, resultando en tiempos de repago más largos y emisiones de GEI mayores. El cambio geográfico en fabricación ha hecho que casi todos los análisis de ciclo de vida de paneles FV obsoletos, porque están basados en un escenario de fabricación doméstica, ya sea en Europa o los Estados Unidos.

Para un panel fabricado en China, La huella de carbono es de 70gCO2e/KWh, con tiempo de repago energético de 2,4 años. En comparación, en España estos valores son aprox la mitad. 35 gCO2e/KWh y tiempo de repago energético 1,9 años.

La huella de carbono aumenta si el lugar de instalación recibe menos radiación solar que la estimada en el ACV (1700 KWh/m2). Por ejemplo, un panel fabricado en china, instalado en Alemania (1100 KWh/m2), tendrá una huella de carbono de 120 gCO2e/kWh, lo que hace a la energía solar 3,75 veces menos intensiva que el gas natural, y no 15.
Cual es la irradiacion solar en Argentina?

Irradiación solar en Argentina. Fuente: SolarGis

Irradiación solar en Argentina. Fuente: SolarGis

Es variable. Para la provincia de Buenos Aires, ronda los 1700KWh/m2.

–Detalles de los ACV
—No tienen en cuenta el transporte.
—Plantean una vida útil de 30 años. Sin embargo, la relocalización de la fabricación en China incidió negativamente en el porcentaje de celdas defectuosas y que tienen un desempeño inferior al esperado. Es de esperarse que también tengan una vida útil inferior a la esperada.

–Repensar la fabricación y uso de paneles FV
Lo que más importa es donde se fabrican los paneles solares, y donde se instalan. La ubicación de producción e insatlación son un factor decisivo, pues hay tres parámetros en un ACV que dependen de la ubicación: La intensidad de carbono de la electricidad usada en la producción, la intensidad de carbono del mix eléctrico desplazado en el lugar de instalación, y la irradiación solar en el sitio de instalación.

Seleccionando cuidadosamente estos sitios para producción e instalación podemos mejorar la sustentabilidad de loa energúa solar FV de manera espectacular. Para paneles FV producidos en paises con redes eléctricas de bajo carbono (como Francia, Noruega, Canada o Bélgica) instalados en paises donde hay gran irradiación y redes de carbono intensivo (China, India, Oriente medio o Australia) las emisiones de GEI pueden ser tan bajas como 6-9 gCO2/KWh de electricidad generada. Eso es entre 13 y 20 veces menos CO2 por KWh que las celdas FV fabricadas en China e instaladas en Alemania.

Si la FV solar creciese a una tasa promedio del 100% anual, tomaría menos de 10 años suplir la demanda actual de energía eléctrica.

Por supuesto, producir e instalar paneles solares en los lugares apropiados implica cooperación internacional y un sistema económico razonable, ninguno de los dos existe. Producir paneles solares en Europa y USA también los volvería más costosos, por lo que muchos países con las condiciones apropiadas para aprovechar la energía solar no tendrían el dinero para instalarla en grandes cantidades.

Potencial de mitigación de CO2 para módulos de FV de silicio cristalino producidos en China e instalados en diferenets países. Fuente: Briner 2009.

Referencias   [ + ]

1. Emissions from Photovoltaic Life Cycles, Vasilis M. Fthenakis, Hyung Chul Kim, Erik Alsema, in Environmental Science & Technology, 2008, 42 (6), pp. 2168-2174
2. Renewable and Sustainable. Presentation at the Crystal Clear final event, Munich, M.J. De Wild-Scholten
3. Update of PV energy payback times and life-cycle greenhouse gas emissions, (PDF), In: 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. Hamburg, Germany. Fthenakis V., Kim, H.C., Held, M., Raugei, M., Krones, J.
4. Life Cycle Inventories and Life Cycle Assessments of Photovoltaic Systems, (PDF). IEA International Energy Agency, Report IEA-PVPS T12-02:2011. Vasilis Fthenakis. October 2011.
5. Crystalline Silicon and Thin Film Photovoltaic Results – Life Cycle Assessment Harmonization, National Renewable Energy Laboratory, 2013
6. Debe notarse que los últimos datos no están todavía confirmados dado que no son dominio público, pero sin embargo asumimos el valor de 30 gCO2e/kWh

One thought on “Sustentabilidad Energética de los Paneles Fotovoltaicos

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