Um novo estudo mostra que, ao contrário da crença generalizada na indústria de energia solar, novos tipos de células e painéis solares não precisam necessariamente durar de 25 a 30 anos para serem economicamente viáveis ​​no mercado atual.

Em vez, painéis solares com vida útil inicial de apenas 10 anos às vezes podem fazer sentido do ponto de vista econômico, mesmo para instalações em escala de rede - assim, potencialmente abrindo a porta para novas tecnologias solares fotovoltaicas promissoras que foram consideradas insuficientemente duráveis ​​para uso generalizado.

As novas descobertas são descritas em um artigo na revista Joule , por Joel Jean, um ex-pós-doutorado do MIT e CEO da empresa iniciante Swift Solar; Vladimir Bulovic, professor de engenharia elétrica e ciência da computação e diretor do MIT.nano; e Michael Woodhouse do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) no Colorado.

"Quando você fala com as pessoas no campo solar, eles dizem que qualquer novo painel solar deve durar 25 anos, "Diz Jean." Se alguém aparecer com uma nova tecnologia com vida útil de 10 anos, ninguém vai olhar para ele. Isso é considerado conhecimento comum na área, e é meio paralisante. "

Jean acrescenta que "essa é uma grande barreira, porque você não pode provar uma vida útil de 25 anos em um ou dois anos, ou mesmo 10. "Essa presunção, ele diz, deixou muitas novas tecnologias promissoras paralisadas, já que as tecnologias convencionais de silício cristalino dominam esmagadoramente o mercado solar comercial. Mas, os pesquisadores descobriram, esse não precisa ser o caso.

"Temos que lembrar que, em última análise, o que interessa às pessoas não é o custo do painel; é o custo nivelado da eletricidade, "diz ele. Em outras palavras, é o custo real por quilowatt-hora entregue ao longo da vida útil do sistema, incluindo o custo dos painéis, inversores, racking, fiação, terra, mão de obra de instalação, permitindo, interconexão da rede, e outros componentes do sistema, junto com os custos de manutenção contínua.

Parte da razão pela qual a economia da indústria solar parece diferente hoje do passado é que o custo dos painéis (também conhecidos como módulos) despencou tanto que agora, os custos do "equilíbrio do sistema" - isto é, tudo, exceto os próprios painéis - excede o dos painéis. Isso significa que, contanto que os painéis solares mais novos sejam eletricamente e fisicamente compatíveis com os sistemas de rack e elétricos, pode fazer sentido econômico substituir os painéis por mais novos, melhores à medida que se tornam disponíveis, enquanto reutiliza o resto do sistema.

"A maior parte da tecnologia está no painel, mas a maior parte do custo está no sistema, "Jean diz." Em vez de ter um sistema onde você o instala e substitui tudo depois de 30 anos, e se você substituir os painéis mais cedo e deixar todo o resto igual? Uma das razões que podem funcionar economicamente é se você estiver substituindo-os por painéis mais eficientes, "o que provavelmente será o caso, uma vez que uma ampla variedade de tecnologias mais eficientes e de baixo custo está sendo explorada em todo o mundo.

Ele diz que o que a equipe descobriu em sua análise é que "com algumas ressalvas sobre o financiamento, você pode, em teoria, chegar a um custo competitivo, porque seus novos painéis estão ficando melhores, com uma vida útil de apenas 15 ou até 10 anos. "

Embora os custos das células solares tenham diminuído ano a ano, Bulovic diz, "a expectativa de que se demonstrasse uma vida útil de 25 anos para qualquer nova tecnologia de painel solar permaneceu como uma tautologia. Neste estudo, mostramos que, à medida que os painéis solares se tornam menos caros e mais eficientes, o equilíbrio de custos muda significativamente. "

Ele diz que um dos objetivos do novo artigo é alertar os pesquisadores que suas novas invenções solares podem ser econômicas, mesmo que tenham vida relativamente curta. e, portanto, pode ser adotado e implantado mais rapidamente do que o esperado. Ao mesmo tempo, ele diz, os investidores devem saber que terão maiores lucros ao optar por tecnologias solares eficientes que podem não ter durado tanto tempo, sabendo que periodicamente os painéis podem ser substituídos por mais novos, mais eficientes.

"Tendências históricas mostram que a tecnologia de painéis solares está cada vez mais eficiente ano após ano, e essas melhorias continuarão nos próximos anos, "diz Bulovic. Células solares baseadas em perovskita, por exemplo, quando foi desenvolvido pela primeira vez, há menos de uma década, teve eficiências de apenas alguns por cento. Mas, recentemente, seu desempenho recorde ultrapassou 25 por cento de eficiência, em comparação com 27 por cento para a célula de silício recorde e cerca de 20 por cento para os módulos de silício padrão de hoje, de acordo com Bulovic. Mais importante, em novos designs de dispositivos, uma célula solar de perovskita pode ser empilhada em cima de outra perovskita, silício, ou célula de filme fino, para aumentar o limite máximo de eficiência alcançável para mais de 40 por cento, que está bem acima do limite fundamental de 30 por cento das tecnologias solares de silício de hoje. Mas os perovskitas têm problemas com a longevidade de operação e ainda não se mostrou capaz de atingir o padrão de 25 anos.

Bulovic espera que o estudo "mude o paradigma do que foi aceito como uma verdade global". Até agora, ele diz, "muitas tecnologias promissoras nem sequer começaram, porque a barra está muito alta "sobre a necessidade de durabilidade.

Para sua análise, a equipe analisou três tipos diferentes de instalações solares:um sistema residencial típico de 6 quilowatts, um sistema comercial de 200 quilowatts, e um grande sistema em escala de serviço público de 100 megawatts com monitoramento solar. Eles usaram parâmetros de referência NREL para sistemas solares dos EUA e uma variedade de suposições sobre o progresso futuro no desenvolvimento de tecnologia solar, financiamento, e o descarte dos painéis iniciais após a substituição, incluindo a reciclagem dos módulos usados. Os modelos foram validados usando quatro ferramentas independentes para o cálculo do custo nivelado de eletricidade (LCOE), uma métrica padrão para comparar a viabilidade econômica de diferentes fontes de eletricidade.

Em todos os três tipos de instalação, eles encontraram, dependendo das particularidades das condições locais, a substituição por novos módulos após 10 a 15 anos pode, em muitos casos, fornecer vantagens econômicas, ao mesmo tempo em que mantém os muitos benefícios ambientais e de redução de emissões da energia solar. O requisito básico para competitividade de custos é que qualquer nova tecnologia solar a ser instalada nos EUA deve começar com uma eficiência de módulo de pelo menos 20 por cento, um custo de não mais que 30 centavos por watt, e uma vida de pelo menos 10 anos, com potencial para melhorar todos os três.

Jean destaca que as tecnologias solares consideradas padrão hoje, principalmente à base de silício, mas também variantes de película fina, como telureto de cádmio, "não eram muito estáveis ​​nos primeiros anos. A razão pela qual duram de 25 a 30 anos hoje é que foram desenvolvidos por muitas décadas." A nova análise pode agora abrir a porta para algumas das novas tecnologias promissoras a serem implantadas em escala suficiente para construir níveis semelhantes de experiência e melhoria ao longo do tempo e para causar um impacto nas mudanças climáticas mais cedo do que poderiam sem a substituição do módulo, ele diz.

“Isso poderia nos permitir lançar ideias que teriam morrido na videira”, pela percepção de que maior longevidade era essencial, Bulovic diz.