UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE INGENIERÍA TRABAJO DE GRADUACIÓN: SITUACIÓN ACTUAL DEL MANEJO DE LOS RESIDUOS DE PANELES FOTOVOLTAICOS EN EL SALVADOR OCASIONADAS POR FALLAS TEMPRANAS PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRO(A) EN GESTIÓN ENERGÉTICA Y DISEÑO AMBIENTAL PRESENTADO POR: CARLOS EDUARDO CÁCERES ALVARADO MARÍA MARCELA ORTIZ HERNÁNDEZ RODRIGO ALEXANDER MONTANO AVALOS ASESOR: ISMAEL ANTONIO SÁNCHEZ Antiguo Cuscatlán, La Libertad, El Salvador Centroamérica Noviembre de 2022 i ÍNDICE DE CONTENIDO ABREVIATURAS .................................................................................................... 2 RESUMEN .............................................................................................................. 3 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ............................................................................... 6 1.1 Objetivos .................................................................................................... 7 1.1.1 General ................................................................................................ 7 1.1.2 Específicos .......................................................................................... 7 1.2 Justificación de la investigación. ................................................................ 8 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO .......................................................................... 10 2.1 Sistemas fotovoltaicos conectados a la red. ............................................ 10 2.2 Elementos de los sistemas fotovoltaicos. ................................................. 14 2.3 Módulos fotovoltaicos. .............................................................................. 14 2.4. Componentes y características de los módulos fotovoltaicos. ................. 17 2.5. Inversores. ............................................................................................... 22 2.6. Residuos generados por los módulos ...................................................... 24 2.7. Proyección de los residuos generados por módulos fotovoltaicos. .......... 28 CAPÍTULO 3 FALLAS EN MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ................................... 31 3.1 Definición ................................................................................................. 31 3.2 Fallas tempranas ...................................................................................... 31 3.3 Fallas Regulares ...................................................................................... 35 3.4 Métodos para la determinación de fallas. .................................................... 37 3.4.1 Análisis Termográfico. ....................................................................... 37 3.4.2 Electroluminiscencia. ......................................................................... 38 3.4.3 Análisis del espectro visible. .............................................................. 39 ii CAPÍTULO 4 MARCO LEGAL DE DISPOSICIÓN FINAL Y RECICLAJE DE MODULOS FOTOVOLTAICOS EN EL SALVADOR. ............................................ 40 4.1 Antecedentes. .......................................................................................... 40 4.1.1 Proyección de ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares en El Salvador (USD) ..................................................................................... 42 4.2 Procedimiento existente para el desarrollo u operación de actividades o generación de electricidad a partir de tecnología solar fotovoltaica. .................. 43 4.2.1 Categorización de proyectos destinados al aprovechamiento de la energía solar para la generación de energía eléctrica................................ 44 4.2.2 Leyes aplicables para el uso de suelos para el desarrollo de proyectos de energía solar fotovoltaica. ......................................................... 49 4.3 Reglamentos o procedimientos legales usados para la disposición final de módulos fotovoltaicos. .................................................................................. 50 4.3.1 Reglamento Especial sobre el Manejo Integral de los Desechos Sólidos ........................................................................................................... 50 4.3.2 Programa de manejo ambiental. ........................................................ 51 4.4 Análisis de estado actual de aplicación de disposiciones de ley y normativo de generadores solares fotovoltaicos en El Salvador. ...................... 52 4.4.1 Estudio de aplicación del reciclaje o disposición final de módulos fotovoltaicos. .................................................................................................. 53 4.5 Políticas de Regulación, disposición final y reciclaje en otros países. ..... 56 4.5.1 Antecedentes. .................................................................................... 56 4.5.2 Directiva de Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE) ................................................. 56 4.5.3 Alemania. ........................................................................................... 59 4.5.4 Reino Unido. ...................................................................................... 62 4.5.5 Japón. ................................................................................................ 64 iii 4.5.6 Estados Unidos. ................................................................................. 66 4.5.7 China. ................................................................................................ 68 4.5.8 India. .................................................................................................. 69 4.6 Análisis comparativo de regulaciones extranjeras. .................................. 70 4.6.2 Resumen de políticas de regulación en otros países. ....................... 72 4.6.3 Alcance de las regulaciones en otros países. .................................... 75 4.7 Buenas prácticas para implementar en la regulación de El Salvador. ..... 76 4.7.1 Propuesta desde la perspectiva de gestión. ...................................... 76 4.7.2 Propuestas desde la perspectiva técnica. ......................................... 80 4.7.3 Propuestas desde la perspectiva normativa ...................................... 83 4.7.4 Opciones de cambio de regulación. ................................................... 85 CAPÍTULO 5 EVALUACIÓN DE EMPRESAS DE RECICLAJE Y DISPOSICIÓN FINAL DE MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ............................................................ 87 5.1 Proceso de tratamiento de Deutsche Solar AG ........................................ 89 5.2 El proceso de tratamiento de First Solar .................................................. 90 5.3 PV Cycle (Ciclo FV) .................................................................................. 93 5.4 Situación actual del reciclaje fotovoltaico. ................................................ 94 5.5 Futuros avances en el reciclaje de paneles fotovoltaicos ......................... 95 CAPÍTULO 6 ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA DE LOS MÓDULOS FOVOLTAICOS ..................................................................................................... 97 6.1 Definición y alcance del análisis del ciclo de vida. ................................... 97 6.2 Ciclo de vida. ............................................................................................ 97 6.2.1 Generalidades. .................................................................................. 97 6.2.2 Canal de suministro Silicio Cristalino. ................................................ 99 6.2.3 Mezcla de mercados. ....................................................................... 100 6.2.4 Distribución y almacenamiento. ....................................................... 101 iv 6.2.5 Transporte. ...................................................................................... 102 6.2.6 Factores principales de la logística fotovoltaica. .............................. 103 6.2.7 Producción de producto. .................................................................. 103 Fuente: (Balenzategui, 2006) .............................................................................. 106 6.2.8 Fase de uso. .................................................................................... 109 6.2.9 Operación y Mantenimiento. ............................................................ 109 6.3 Fin del ciclo de vida. ............................................................................... 113 6.3.1 Clasificación de los desechos los desechos fotovoltaicos. .............. 114 6.3.2 Tratamiento actual de los módulos fotovoltaicos al final de su vida útil ......................................................................................................... 114 6.3.3 Ejemplo de tratamiento de módulos Silicio Cristalino (c-Si). ............ 116 6.4 Tendencias en la I+D tecnológica para el reciclaje de módulos fotovoltaicos ..................................................................................................... 117 6.5 Inventario del ciclo de vida. .................................................................... 118 CAPÍTULO 7 CASO DE ESTUDIO ..................................................................... 120 7.1 Encuesta ................................................................................................ 120 7.2 Entrevistas. ............................................................................................ 133 7.2.1 Entrevista Ing. José Luis Regalado ................................................. 133 7.2.2 Entrevista Ing. Javier Medrano ........................................................ 139 CAPÍTULO 8 ANÁLISIS TÉCNICO Y FINANCIERO ........................................... 145 8.1 Generalidades. ....................................................................................... 145 8.2 Empresas de reciclaje local. ................................................................... 145 8.3 Ejemplo de metodología de gestión de residuos de paneles fotovoltaicos. .................................................................................................... 147 8.3.1 Cascada Eco Minerals. .................................................................... 147 8.3.2 Alcances del servicio de A.S. Ingenieros. ........................................ 148 v 8.3.3 Certificado de destrucción y reciclaje. ............................................. 149 8.3.4 Tarifas. ............................................................................................. 150 CAPÍTULO 9 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................. 151 Bibliografía .......................................................................................................... 153 vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Clasificación de célula, módulo, panel cadena y generador fotovoltaico en orden creciente. ................................................................................................ 10 Figura 2 Esquema básico de un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica. ................................................................................................................ 11 Figura 3 Eficiencias de las diferentes tecnologías de paneles fotovoltaicos disponibles en el mercado. .................................................................................... 16 Figura 4 Estructura de los componentes que forman un módulo fotovoltaico ....... 18 Figura 5 Curva I-V de un módulo fotovoltaico ....................................................... 19 Figura 6 Conexionado en serie o paralelo de paneles para obtener mayor tensión o corriente. ................................................................................................ 21 Figura 7 Conectores MC4 macho y hembra, armados para su uso. Despiece de conectores y accesorios para conectar en serie y paralelo de varias filas o strings. ................................................................................................................... 22 Figura 8 Capacidad instalada de energía solar en El Salvador de 2013 a 2021. .. 29 Figura 9 Tipos de fallas en paneles fotovoltaicos .................................................. 32 Figura 10 Módulo con fractura ............................................................................... 36 Figura 11 Proceso de generación de un Hot spot ................................................. 37 Figura 12 Imagen de cámara termográfica con Drone .......................................... 38 Figura 13 Imagen de detección de fallos mediante electroluminiscencia .............. 38 Figura 14 Ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares de El Salvador . 43 Figura 15 Volúmenes de residuos de paneles fotovoltaicos al final de su vida útil. ................................................................................................................. 71 Figura 16 Flujo de etapas del ciclo de vida de un panel fotovoltaico de Silicio Policristalino. ......................................................................................................... 98 Figura 17 Cadena de suministro de producción de electricidad fotovoltaica basada en silicio .................................................................................................... 99 Figura 18 Cuotas de mercado en 2018 de las cuatro regiones del mundo en polisilicio, producción de obleas, fabricación de células y módulos de silicio cristalino, y módulos de silicio cristalino instalados, en capacidad de potencia MW ...................................................................................................................... 101 vii Figura 19 Etapas generales de la fabricación de módulos fotovoltaicos. ............ 104 Figura 20 Corte de lingotes de obleas de Silicio. ................................................ 105 Figura 21 Adición del dopante. ............................................................................ 106 Figura 22 Diagrama de conexión de las células dentro del módulo fotovoltaico . 106 Figura 23 Imagen del proceso de fabricación de un módulo, en el que se puede apreciar la estructura del laminado. .................................................................... 107 Figura 24 Partes que conforman un módulo fotovoltaico. ................................... 108 Figura 25 Intersección de diodos de bloqueo en el conexionado del módulo. .... 108 Figura 26 Flujo general del tratamiento de residuos de módulos fotovoltaicos al final de su vida útil ............................................................................................... 115 Figura 27 Tiempo de operación de plantas solares fotovoltaicas. ....................... 121 Figura 28 Marcas de fabricantes de módulos fotovoltaicos ................................. 122 Figura 29 Potencias nominales de módulos fotovoltaicos ................................... 123 Figura 30 Tipos de tecnología en módulos fotovoltaicos ..................................... 123 Figura 31 Tipos de estructuras de montaje de módulos fotovoltaicos. ................ 124 Figura 32 Tipos de sistema de soporte de platas fotovoltaicas ........................... 124 Figura 33 Porcentaje de plantas que poseen reporte de fallas en módulos fotovoltaicos ........................................................................................................ 125 Figura 34 Porcentaje de frecuencia con que se registran fallas en módulos fotovoltaicos en plantas fotovoltaicas .................................................................. 125 Figura 35 Tipos de fallas en módulos fotovoltaicos que se han presentado con mayor frecuencia en las plantas fotovoltaicas. .................................................... 126 Figura 36 Alcance de las garantías de los módulos fotovoltaicos con respecto a la disposición final. .................................................................................................. 126 Figura 37 Conceptualización de la disposición final de módulos fotovoltaicos de los administradores de plantas fotovoltaicas. ................................................. 127 Figura 38 Empresas que cuentan con procesos de manejo de residuos de módulos fotovoltaicos .......................................................................................... 127 Figura 39 Empresas que poseen espacio asignado para almacenamientos de módulos fotovoltaicos .......................................................................................... 128 viii Figura 40 Condiciones físicas del espacio destinado para almacenamiento de módulos fotovoltaicos en plantas fotovoltaicas. ................................................... 128 Figura 41 Empresas que poseen procedimientos de disposición final de módulos fotovoltaicos. ......................................................................................... 129 Figura 42 Conocimiento sobre empresas locales que brinden el servicio de disposición final de módulos fotovoltaicos. .......................................................... 129 Figura 43 Conocimiento sobre empresas extranjeras que brinden el servicio de disposición final de módulos fotovoltaicos ...................................................... 130 Figura 44 Conceptualización del ciclo de vida de los módulos fotovoltaicos ....... 130 Figura 45 La incidencia de la aplicación de leyes sobre disposición final de módulos fotovoltaica. ........................................................................................... 131 Figura 46 Consulta de la importancia del tratamiento final de módulos fotovoltaicos ........................................................................................................ 131 Figura 47 Rangos de precios considerados adecuados para la disposición final de paneles fotovoltaicos ............................................................................ 132 Figura 48 Estructura de gestión de residuos de paneles fotovoltaicos. ............... 147 Figura 49 Certificado de destrucción y reciclaje de paneles fotovoltaicos emitido por Cascada Eco Minerals. ..................................................................... 149 ix ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Principales impactos ambientales de los materiales utilizados en los paneles de silicio. .................................................................................................. 25 Tabla 2 Principales impactos ambientales de los materiales utilizados en paneles de película delgada. ................................................................................. 26 Tabla 3 Proyección de ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares en ES (USD)............................................................................................................... 42 Tabla 4 Categorización para actividades, obras o proyectos destinados a la generación de energía eléctrica a base del aprovechamiento de la energía solar.46 Tabla 5 Resumen de proyectos muestreados. ...................................................... 53 Tabla 6 Medidas de mitigación de residuos de proyectos en sus diferentes etapas. .................................................................................................................. 54 Tabla 7 Objetivos anuales de recolección y recuperación (% en masa) en virtud de la Directiva WEEE. ........................................................................................... 58 Tabla 8 Parámetros alemanes para el cálculo de garantía de módulos FV. ........ 60 Tabla 9 Volúmenes de residuos de paneles fotovoltaicos al final de su vida útil (millones de toneladas). ........................................................................................ 70 Tabla 10 Resumen de políticas de gestión de residuos de paneles fotovoltaicos en otros países. ..................................................................................................... 73 Tabla 11 Categorización de enfoques de países. ................................................. 75 Tabla 12 Componentes del panel fotovoltaico de c-Si. ......................................... 81 Tabla 13 Operaciones básicas de tratamiento y reciclaje de paneles fotovoltaicos .......................................................................................................... 87 Tabla 14 Algunas actividades de reciclaje conocidas ........................................... 88 Tabla 15 Actividad típica de reciclaje y reutilización .............................................. 90 Tabla 16 Cuota de mercado en MW de potencia. ............................................... 100 Tabla 17 Cambios en los objetivos y motivaciones para el reciclaje de módulos fotovoltaicos. ....................................................................................................... 117 Tabla 18 Nombre de las plantas fotovoltaicas incluidas en el estudio. ................ 120 Tabla 19 Ubicación de plantas fotovoltaicas incluidas en el estudio. .................. 121 Tabla 20 Capacidad nominal de plantas fotovoltaicas. ....................................... 122 x Tabla 21 Directorio de empresas locales recicladoras y recuperadoras autorizadas por el MARN. ................................................................................... 146 Tabla 22 Precio por servicio de reciclaje de paneles .......................................... 150 1 ABREVIATURAS IRENA: International Renewable Energy Agency FV: Fotovoltaico MW: Megavatio CNE: Consejo Nacional de Energía GW: Gigavatio MARN: Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales de El Salvador IEA-PVPS: International Renewable Energy Agency and International Energy Agency Photovoltaic Power Systems kWp: kilowatt peak Wp: Vatios peak kW: kilowatt MPPT: Maximum Power Point Tracker IL: Corriente de iluminación Voc: Tensión de circuito abierto. (Del inglés, Open Circuit Voltage (Voc)). Isc: Corriente de cortocircuito. (Del inglés, Short Circuit Intensity (Isc)) Imp: Corriente del punto de máxima potencia (Del inglés, Maximum Power Intensity (Imp)) Vmp: Tensión del punto de máxima potencia (Del inglés, Voltage of Maximum Power). Pmax: Máxima potencia que entrega el panel Vm: Tensión máxima Im: Intensidad máxima FF: Factor de Forma W/m2: vatios por metro cuadrado STC: Standard Test Condition AM: Air Mass MC4: MC son las siglas del fabricante “Multi-Contact”, el número indica el diámetro del pin de contacto UV: Ultra Violeta Hz: Hercio o Hertz DC: Direct Current AC: Alternating Current W: Watt RAEE: Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos EVA: Etil-Vinil-Acetato CIGS: Copper indium gallium selenide CIS: Copper indium gallium (di) selenide 2 MINDS: Manejo Integral de los Desechos Sólidos USD: Dólar Estadounidense TDR: Términos de Referencia PMA: Programas de Manejo Ambiental UE: Unión Europea WEEE: Waste Electrical and Electronic Equipment Stiftung EAR: Stiftung EAR stiftung elektro-altgeräte register B2B: Business-to-Business B2C: Business to Consumer BIPV: Build Integrate Photovoltaics METI: Ministerio de Economía, Comercio e Industria MOE: Ministerio del Medio Ambiente IEE: The Institution for Electrical Engineers of the National Academy of Sciences, China. JNNSM: Misión Solar Nacional Jawaharlal Nehru EVA: Etilvinilo de Acetato IEA‐PVPS: International Energy Agency Photovoltaic Power System Programme EE. UU: Estados Unidos de America LCD: Liquid-Crystal Display CdTe: Telururo de cadmio CU-PV: Energy Research Center of the Netherlands and PV CYCLE LCA: Life Cycle Analysis mg/l: Miligramos por litro CEM: Cascada Eco Minerals APAC: Asia y Pacífico LCI: Life Cycle Inventories W/m²: Vatios por Metro Cuadrado 3 RESUMEN La tecnología fotovoltaica es una de las prometedoras para mejorar la seguridad energética y mitigar el cambio climático. El mercado fotovoltaico está creciendo rápidamente y se espera una mayor expansión del mercado en el mundo. Además de sus efectos positivos en la seguridad energética y cambio climático, la tecnología fotovoltaica se encuentra entre las más amigables con el medio ambiente, sobre todo si se evalúa desde el punto de vista del ciclo de vida, incluida la gestión del fin de vida o disposición final de los desechos. Esto significa que la gestión adecuada del fin de la vida del panel fotovoltaico es indispensable para las tecnologías limpias. En general, la gestión sostenible de los residuos ofrece oportunidades conocidas como las 3R: reducir, reutilizar y reciclar. Cuando un producto no puede repararse o reutilizarse, el reciclaje es la siguiente opción preferible antes de eliminarlo como residuo. En vista del gran volumen de residuos de módulos fotovoltaicos, y para mantener la categoría de tecnología de energía limpia, el reciclaje de módulos fotovoltaicos se ha convertido en un tema de gran importancia, y los gobiernos, las organizaciones y las empresas han llevado a cabo varios debates y actividades. (Los debates sobre el tema de la reutilización de los módulos fotovoltaicos se consideran menos maduros). Por lo anterior mencionado, se vuelve importante investigar el estado actual en El Salvador de la problemática de la disposición final de los desechos de paneles fotovoltaicos producto de fallas tempranas. En el primer capítulo se realiza una reseña del problema que existe en el país con respecto a la disposición final de los módulos dañados. En este capitulo se plantea la justificación de la investigación, el objetivo general y el especifico de este estudio. En el segundo capítulo se realiza una descripción general de la investigación. En ella se describe de manera exhaustiva los componentes de los paneles solares desde el tipo hasta su funcionamiento. Así como también se hace énfasis en los tipos de desechos que los paneles generan según el tipo de material del que están construidos. 4 En el tercer capítulo tres se presenta el concepto de fallas tempranas que afectan a los paneles fotovoltaicos, así como las principales fallas y las causas que las producen. Pero también es importante conocer los métodos o tecnologías disponibles en el mercado para la determinación fallas en los paneles. Siguiendo con el capítulo cuatro se da contexto del estado actual de la regulación usada en El Salvador para dar disposición final o reciclaje a los paneles fotovoltaicos. El capítulo inicia con la descripción de las leyes vigentes en el país utilizadas para el desarrollo de proyectos con tecnología fotovoltaica para la generación de energía. Por último, se emiten recomendaciones para la modificación en la regulación o leyes teniendo como insumo las buenas prácticas de otros países con experiencia en la gestión de residuos de paneles fotovoltaicos. En el capítulo cinco se evalúan las empresas de reciclaje y disposición final de módulos fotovoltaicos. Se busca conocer cuáles son las empresas más representativas en el extranjero, así como sus métodos de reciclaje o disposición final a los materiales que componen a un panel fotovoltaico. En el capítulo seis aborda el análisis del ciclo de vida de los módulos fotovoltaicos. Conocer el ciclo de vida permite medir la sostenibilidad ambiental y de los recursos. El ciclo de vida tiene distintas etapas que van desde el canal de suministro, producción uso, reciclaje y recuperación de materiales. En este capítulo se describe brevemente en que consiste cada etapa del ciclo de vida del módulo fotovoltaico. El capítulo siete tiene como objetivo que el lector conozca el manejo de los residuos utilizado por los generadores de energía con tecnología fotovoltaica de El Salvador. Para obtener la información necesaria se utilizaron las herramientas de la entrevista (2) y encuestas (11). A partir de los resultados se emitieron conclusiones y se obtuvo una perspectiva más aterrizada que servicio como insumo para dar recomendaciones en un posterior capítulo de este documento. El capítulo ocho se describe un breve análisis técnico y financiero para que cualquier generador de energía de tecnología fotovoltaica conozca a través de un ejemplo de una empresa que brinda el servicio de disposición final de residuos de paneles 5 fotovoltaicos los pasos a seguir, costos y el alcance del servicio que esta empresa brinda. Por último, en el capítulo nueve se dan recomendaciones y conclusiones a partir del resultado de la investigación de los capítulos anteriores que buscan dar ideas al lector en el caso de las recomendaciones para vencer las distintas barreras que existen en El Salvador para dar una adecuada disposición final o reciclaje a los residuos de paneles fotovoltaicos. Por otro lado, las conclusiones dan respuesta a los objetivos planteados en un inicio en esta investigación. 6 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN La creciente preocupación por el cambio climático, los efectos de la contaminación atmosférica, la seguridad energética y el acceso a la energía, junto con la volatilidad de los precios de la energía en las últimas décadas, han llevado a la necesidad de producir utilizar opciones tecnológicas alternativas y bajas en carbono como las energías renovables. La energía solar fotovoltaica ha sido una de las tecnologías renovables pioneras durante la última década La capacidad total instalada de energía solar FV alcanzó los 480 GW a nivel mundial a finales de 2018, lo que representa la segunda mayor fuente de electricidad renovable después de la eólica. El año pasado la energía solar fotovoltaica volvió a dominar el total de adiciones de capacidad renovable y energía, añadiendo el doble de capacidad que la eólica y más que todos los combustibles fósiles y la nuclear juntos, las adiciones de energía solar fotovoltaica alcanzaron alrededor de 94 GW (IRENA, 2019) En cuanto al contexto nacional, el país ha acompañado las energías renovables sobre todo la solar fotovoltaica muestra de esto es que entre 2013 y 2018 se han incluido a la matriz energética 94 MW en proyectos fotovoltaicos en el mercado mayorista y aproximadamente 121.8 MW en proyectos de energía eléctrica. Se prevé que para 2023 se incorporen 369.9 MW y se toma en cuenta los proyectos que el CNE prospecta que están en proceso de aprobación de permisos medio ambiental, proyectos con alto potencial de ejecución por intereses de inversores se puede estimar que para 2023 es altamente probable que 617.3 MW se añadan a la matriz energética (CNE, 2018). En ese sentido, y con el auge de proyectos de tecnología solar fotovoltaica en El Salvador, es importante contemplar en el corto y mediano plazo el tratamiento o gestión de residuos específicamente de paneles fotovoltaicos. Un estudio reciente ha hecho una aproximación de la cantidad de residuos generados y se tiene que para 2030 se llegará a 165 toneladas y para 2040 llegará a 4,223 toneladas y en 2050 alcanzará 19,904 toneladas asumiendo que la mayoría de los paneles finalizaran su vida útil y que las fallas son elevadas. En el escenario de falla temprana se dice que para 2025 se tendrán 612 toneladas de residuos únicamente 7 de paneles fotovoltaicos y esta cantidad aumentará en los años subsiguientes, 2,391 toneladas en 2030 y 9,717 toneladas para 2040 (Campos, Choto, & Perdomo, 2020). En esta tesis se realiza una investigación que trata de conocer el panorama actual de la gestión de residuos (reciclaje o disposición final) de paneles fotovoltaicos en El Salvador, así también, las causas que producen estos residuos y la regulación existente en el país aplicable a este tipo de desechos. 1.1 Objetivos de la investigación. 1.1.1 General Realizar un estudio para identificar cual es el estado actual del manejo de desechos de paneles fotovoltaicos provocados por fallas tempranas en El Salvador y, además, conocer cuáles son las guías de gestión, marco legal regulatorio y tecnologías de aplicación existentes con el fin de identificar oportunidades de mejora en la gestión de los residuos y así ofrecer recomendaciones y lineamientos técnicos que puedan ser aplicados en la gestión de estos residuos. 1.1.2 Específicos • Investigar cual es la estrategia utilizada en países, usuarios y/o productores de la tecnología de sistemas fotovoltaicos para la disposición final de módulos que vean limitada su capacidad de producir electricidad o presenten fallas de funcionamiento. • Investigar cuales son las principales empresas certificadas y no certificadas nacionales e internacionales por el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales de El Salvador para brindar los servicios de disposición final a los residuos o desechos de paneles fotovoltaicos y posteriormente obtener de las distintas empresas información para evaluar económica y técnicamente sus servicios. • Conocer cuál es la perspectiva actual y futura de los generadores fotovoltaicos sobre la disposición final de desechos de paneles producto de fallas tempranas y así evaluar el estado actual y futuro del compromiso y conciencia ambiental, dificultades y requerimientos necesarios para llevar a cabo la gestión de estos residuos. 8 • Realizar un estudio de las tecnologías existentes en el mundo que sirven para darle disposición final a los desechos a los paneles fotovoltaicos provocados por fallas tempranas para posteriormente identificar y evaluar técnicamente si estas tecnologías pueden ser implementadas en El Salvador. • Investigar cuál es el marco regulatorio aplicado en otros países para darle disposición final a los desechos de paneles fotovoltaicos con el fin de evaluar si posible homologar en El Salvador, características técnicas o económicas de las regulaciones existentes. 1.2 Justificación de la investigación. En El Salvador existe un desarrollo acelerado de las energías renovables por lo que se prevé que para 2023 se añadan 617.3 MW de potencia instalada de sistemas de generación solar fotovoltaica a la matriz energética. Este crecimiento debe de ir acompañado y en paralelo de una adecuada gestión ambiental de los residuos, específicamente de los provocados por fallas tempranas en los paneles que según estadísticas ocurren en los primeros 10 años de vida del panel con una probabilidad del 3% por causas como mal manejo en el transporte e instalación y otros problemas técnicos (IRENA & IEA-PVPS, 2016). Se estima que en el escenario de falla temprana se dice que para 2025 se tendrán 612 toneladas de residuos únicamente de paneles fotovoltaicos y esta cantidad aumentará en los años subsiguientes, 2,391 toneladas en 2030 y 9,717 toneladas para 2040 (MARN, 2017). Lo anterior mencionado, evidencia que el problema debe de ser abordado de manera integral para que el impacto en el medio ambiente sea reducido o nulo. Para lograr este objetivo es muy importante identificar los puntos de mejora en el marco regulatorio nacional y homologar características de regulaciones internacionales que aporten o fortalezcan la normativa existente, así también, se busca el compromiso de los distintos entes gubernamentales y privados interesados y responsables del adecuado manejo de los desechos. Se pretende con esta investigación, identificar el panorama o estado actual de la gestión de residuos de paneles fotovoltaicos producto de fallas tempranas desde el punto de vista regulatorio y de los generadores de energía y posteriormente, con 9 estos insumos elaborar propuestas y recomendaciones de mejora en la gestión de estos residuos. Como parte del manejo de los desechos está el apartado técnico de la disposición final, para esto es necesario los servicios de empresas que tengan las tecnologías sirvan para dar disposición final a los desechos y además sean adecuadas y viables para la realidad del país. Esta evaluación se realizará desde un punto de vista técnico y económico desde la perspectiva del generador. 10 CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1 Sistemas fotovoltaicos conectados a la red. Un sistema fotovoltaico es un conjunto de equipos que su objetivo principal es aprovechar la energía solar y convertirla en energía eléctrica maximizando la producción de esta energía eléctrica que será inyectada a la red. El funcionamiento de un sistema fotovoltaico se basa en que los módulos solares captan la energía solar por medio de las celdas fotovoltaicas que los conforman, estos módulos están interconectados por medio de un arreglo de cadenas (strings) y se conectan a las string boxes, como se observa en la figura 1. Luego las string boxes se interconectan a los inversores los cuales son los equipos encargados de transformar la corriente directa proveniente del campo solar en corriente alterna. Los inversores están interconectados a la subestación del campo fotovoltaico y esta interconectada a la subestación de la red donde inyectarán lo generado en el campo. Figura 1 Clasificación de célula, módulo, panel cadena y generador fotovoltaico en orden creciente. Fuente: (Díaz & Carmona, 2018) Las principales aplicaciones de estos sistemas son para: • Autoconsumo • Venta de energía a la red 11 Los sistemas de auto consumo son aquellos que se encuentran instalados en techos de viviendas, edificios comerciales, estacionamientos y naves industriales con el fin de generar la energía eléctrica necesaria para alimentar ya sean luminarias o equipos diversos. La potencia nominal de las instalaciones en viviendas unifamiliares o edificios en general está relacionada con la superficie útil disponible para la instalación del generador fotovoltaico, aproximadamente de 8 a 10 m2 por kWp en función del rendimiento del generador FV. La potencia típica de la mayor parte de las instalaciones se sitúa en torno a los 5 kWp en viviendas unifamiliares y hasta 100 kWp en otras instalaciones en edificios e integración urbana. La conexión a red de este tipo de instalaciones se puede realizar directamente a la red de baja tensión en modo monofásico hasta 5 kW y en trifásico para el resto. Por otro lado, los sistemas fotovoltaicos conectado a red o de tipo de conexión de red, funcionan por medio de una cadena de módulos fotovoltaicos conectados en serie o en paralelo los cuales generan electricidad en corriente continua, esta se transforma por medio de uno o varios inversores para conexión de red en corriente alterna y se inyecta en paralelo con la red pública la generación lograda. Los sistemas solares fotovoltaicos conectados a red permiten a los usuarios cogenerar electricidad o inyectar en paralelo la energía, ya sea para autoconsumo o para el despacho al sistema interconectado. FUENTE: (Navnotf, y otros, 2019) Figura 2 Esquema básico de un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica. 12 Otro tipo de instalaciones fotovoltaicas de conexión a red son las centrales FV de generación eléctrica, con potencias nominales superiores a los 100 kWp, que suelen tener de una conexión a la red eléctrica en media o alta tensión, disponiendo de un centro de transformación en el que se eleva la tensión de salida de los inversores fotovoltaicos adecuándola a la tensión y frecuencia de la línea eléctrica. El número de unidades en estos arreglos dependerá de la potencia nominal requerida en el arreglo y de la potencia pico de los módulos seleccionados. La tensión eléctrica de salida del arreglo, que corresponde a la tensión de operación del inversor, se obtiene mediante la conexión en serie de un número determinado de paneles solares fotovoltaicos; y la potencia, a través de la conexión paralelo de dichas series. La potencia nominal de los módulos o paneles solares fotovoltaicos, normalmente está entre los 200 y 450 Wp. El material comúnmente usado en la fabricación de los módulos o paneles fotovoltaicos es el silicio; la eficiencia típica de estos módulos en condiciones estándar de irradiancia y temperatura (i.e., 1,000 W/m2, Temperatura de la celda 25°C, AM1.5) se encuentra entre 14 y 22% para silicio monocristalino y silicio policristalino; y entre 5 y 7 % para los de silicio amorfo. (Renova Energía, 2013) El acondicionamiento de la potencia eléctrica generada por el arreglo fotovoltaico es indispensable para la conexión de éste a la red eléctrica convencional, se realiza mediante uno o varios inversores de tipo conexión de red, que convierte la corriente directa producida por el generador fotovoltaico a corriente alterna, en fase y a la frecuencia de la red para una conexión segura y confiable al sistema interconectado. La eficiencia de los inversores es generalmente mayor a 90% cuando éstos operan arriba del 10% de su potencia nominal. (Renova energía, 2021) Para extraer siempre la máxima potencia disponible en el arreglo fotovoltaico, el inversor incorpora entre sus funciones uno o varios elementos de control que sigue permanentemente el punto de máxima potencia del arreglo o MPPT, mediante un ajuste continuo de la impedancia de la carga. Las compañías generadoras de electricidad pueden construir centrales FV en un tiempo mucho menor que las centrales convencionales debido a la facilidad de 13 instalación y conexión del generador FV. Las centrales FV, además de generar energía eléctrica, también pueden ser utilizadas para laminar los picos de demanda de consumo eléctrico que normalmente ocurren simultáneamente con los picos de generación FV, al mediodía. En otros pueden ser utilizadas para mejora de la calidad de la red en redes locales muy alejadas de los puntos de generación o incluso para el control voluntario de generación de energía reactiva. (Miguel, 2001). Por lo tanto, el concepto de sistemas fotovoltaicos conectados a red es compatible con un amplio margen de aplicaciones, las cuales pueden ir desde centrales de centenares de megawatts hasta pequeños sistemas de unos cuantos kilowatts. El carácter propiamente modular de la tecnología fotovoltaica permite, al contrario que en la mayoría de las fuentes de energía convencionales, un costo unitario relativamente independiente del tamaño de la instalación; por ello los pequeños sistemas presentan un gran interés (producción de energía descentralizada u autosuficiencia del usuario o consumidor). En términos generales, los generadores fotovoltaicos distribuidos conectados a la red pueden aportar importantes beneficios a los sistemas de distribución, dependiendo de las características y condiciones operativas de red de distribución, así ́como de la localización de éstos dentro de la misma. Los beneficios potenciales más importantes son: • Modulación de picos de demanda cuando existe cierto grado de coincidencia entre el perfil de generación fotovoltaica y el perfil de consumo del inmueble o alimentador. • Alivio térmico a equipos de distribución, es decir, diversificación de la matriz energética, lo que implica también la posibilidad de postergar inversiones de capital para incrementar su capacidad o reemplazo. • Disminución de pérdidas por transmisión y distribución. • Soporte de tensión en alimentadores de distribución. • Compensación de potencia reactiva en el alimentador. 14 En relación con los aspectos de seguridad y de calidad de la energía producida, las compañías suministradoras del servicio eléctrico requieren de los fabricantes y usuarios de estos equipos el cumplimiento de normas y disposiciones aplicables que garanticen que la instalación y operación del inversor, y del sistema fotovoltaico en su conjunto, sea segura y no afecte adversamente la calidad de la energía. 2.2 Elementos de los sistemas fotovoltaicos. Los componentes básicos de una instalación fotovoltaica conectada a la red son: • Módulos solares • Inversores o micro inversores (dependiendo del tamaño del sistema) • Interconexión eléctrica • Medidor bidireccional (encargado de medir la inyección solar y de la red eléctrica) 2.3 Módulos fotovoltaicos. Como se mencionó anteriormente, módulos solares forman una parte fundamental de los sistemas fotovoltaicos, ya que se encargan de captar la energía solar. Para garantizar la correcta inclinación y orientación con respecto a la luz solar, los módulos se colocan en estructuras de soporte específicas. Dos terminales de salida en cada módulo recogen y transfieren la corriente generada a los sistemas de gestión del parque solar. Parámetros fundamentales del módulo solar: • Corriente de iluminación (IL): La corriente generada cuando incide la radiación solar sobre la célula. • Corriente de oscuridad: Es debida a la recombinación de los pares de electrón hueco que se produce en el interior del semiconductor. • Tensión de circuito abierto (Voc): La máxima tensión que se obtiene en los extremos del módulo solar, que se da cuando no está conectada a ninguna carga. Es una característica del material con el que está construida la célula. • Corriente de cortocircuito (Isc) máximo valor de corriente que puede circular por el módulo solar. Se da cuando sus terminales están cortocircuitadas. 15 Cuando el módulo solar es conectado a una carga, los valores de tensión e intensidad varían. Existirán dos de ellos para los cuales la potencia entregada sea la máxima Vm (Tensión máxima) e Im (Intensidad máxima), que siempre serán menores que tensión de circuito abierto y corriente de cortocircuito respectivamente. En función de estos valores la potencia máxima que puede entregar el módulo solar está dada por: Pm = Vm* Im Esto nos permite definir un parámetro del módulo solar que recibe el nombre de factor de forma (FF) y está dada por la fórmula: 𝐹𝐹𝐹𝐹 = 𝑉𝑉𝑉𝑉 ∗ 𝐼𝐼𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 ∗ 𝐼𝐼𝐼𝐼𝑉𝑉 Así pues, el factor de forma es el cociente entre la máxima potencia que puede entregar la célula a la carga y el producto de la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito. En las células solares más habituales, los valores típicos de FF son 0.7 ó 0.8. De igual forma cabe recalcar que en un módulo solar la producción de corriente depende de la irradiancia (nivel de iluminación), de tal forma que a medida que aumenta la irradiancia, aumenta la intensidad a través de la célula. La eficiencia de conversión de un módulo, es decir, el porcentaje total de la energía del sol convertida en energía eléctrica, en otras palabras, es la relación entre la potencia eléctrica de salida en los terminales y la potencia de la radiación solar que incide en la superficie del módulo. Esta depende principalmente de la tecnología con la cual está fabricado, sin embargo, se tiene un valor estándar que se usa como referencia para indicar la irradiancia solar, que es de 1,000 W/m2. En la figura 3 se muestran las eficiencias de conversión de las diferentes tecnologías disponibles en el mercado. 16 Fuente: (Navnotf, y otros, 2019) La elección de una u otra dependerá de las circunstancias de uso y los requerimientos específicos. La vida media útil de un módulo fotovoltaico es de alrededor de 25 años. La tecnología de fabricación más difundida se basa en el uso de silicio. Este elemento es purificado y modificado químicamente para lograr las propiedades requeridas. Esta tecnología permite obtener eficiencias de conversión del orden del 18%. Existe también lo que se conoce como tecnología de “película delgada”(Thin Film), cuya fabricación se realiza a partir de la superposición de diferentes películas de espesores nanométricos controlados. Esta tecnología permite fabricar celdas más eficientes, pero a un costo más alto. En los últimos años, el avance tecnológico ha permitido disminuir los costos de fabricación y hoy en día se están acercando a costos competitivos con la tecnología del silicio. Esta tecnología permite obtener eficiencias de conversión del orden del 20%. Otras tecnologías más eficientes, tal como la “multijuntura o de celdas multicapa” y también más costosas, tienen aplicaciones en usos de concentración o bien espaciales. Esta tecnología permite obtener eficiencias de conversión del orden del 30%. Finalmente existen también módulos fotovoltaicos basados en reacciones 26.7 24.4 21.9 19.9 21.7 19.2 21 18.6 14 10.9 0 5 10 15 20 25 30 MONO-SI, TIPO N, TRASERA (CÉLULA DE 79CM2) MONO-SI, TIPO N, TRASERA (MODULO) MUTI- SI, TIPO N (CELULA DE 4 CM2) MULTI- SI, TIPO P, PERC (MODULO) CIGS (CELULA DE 1 CM2) CIGS (MODULO) CDTE ( CELULA DE 1 CM2) CDTE (MODULO) A-SI,TRIPLE (CELULA DE 1 CM2) A- SI, TRIPLE (MODULO) Eficiencia % Figura 3 Eficiencias de las diferentes tecnologías de paneles fotovoltaicos disponibles en el mercado. 17 químicas que imitan la fotosíntesis de las plantas. Estas celdas se denominan “fotoelectroquímicas” y a los fines prácticos funcionan de la misma manera que un panel fotovoltaico convencional. Son más eficientes que las convencionales de silicio en condiciones de días nublados, aunque su eficiencia total es menor. La ventaja de esta tecnología es que se fabrica a temperatura ambiente por técnicas de serigrafía. Esta tecnología permite obtener eficiencias de conversión del orden del 6%. La mayoría de los módulos fotovoltaicos que se comercializan son básicamente de alguna forma de silicio dado que presenta la mejor relación de rendimiento en función de su precio. Las tecnologías de mayor rendimiento son más caras y tienen aplicaciones específicas como por ejemplo la industria aeroespacial. 2.4. Componentes y características de los módulos fotovoltaicos. Esencialmente, existen tres tipos de tecnologías de celdas de silicio: • Silicio monocristalino: poseen una estructura cristalina uniforme, donde todos los átomos están perfectamente alineados, formando un solo cristal. • Silicio policristalino: presentan una estructura cristalina ordenada por regiones, en la que sus átomos presentan distintas direcciones. • Silicio amorfo: el material semiconductor se deposita como película fina en distintos soportes, lo que permite producir módulos rígidos o flexibles. Las celdas fotovoltaicas son el corazón del panel solar, pero no su único componente. Todas las celdas requieren de una superficie sobre la cual montarse e interconectarse. Adicionalmente, requieren estar protegidas de la acción de la humedad y la intemperie por lo que están encapsuladas en diferentes materiales como se muestra en la figura 4. 18 Figura 4 Estructura de los componentes que forman un módulo fotovoltaico Fuente: (Navnotf, y otros, 2019) De esta manera con el propósito de caracterizar el funcionamiento de un módulo fotovoltaico, se han definido condiciones de ensayo estándar o normalizadas denominadas, STC (del inglés, Standard Test Condition) que se enumeran a continuación: • Temperatura de celda de 25°C. • Irradiancia de 1,000 W/m2. La irradiancia es la intensidad de radiación solar por unidad de área de superficie que llega a la Tierra. • Masa de aire 1.5 (AM 1.5, del inglés Air Mass). La masa de aire cuantifica cuánto se atenúa la energía del sol a medida que pasa a través de la atmósfera y es absorbida por el aire y el polvo. Para la condición AM 1.5, se considera que la altura del sol sobre el horizonte es de aproximadamente 41°. Si bien las STC difícilmente se encuentren en simultáneo en el mundo real, son ampliamente aceptadas por la industria y son las condiciones mediante las cuales se comparan los rendimientos de las diferentes tecnologías fotovoltaicas. La potencia característica de un módulo fotovoltaico se expresa en “Watt Pico” (Wp) y es la potencia eléctrica que genera en las condiciones STC. Fuera de estas 19 condiciones específicas, el panel solar puede generar mayor o menor potencia, según las condiciones ambientales donde se encuentre instalado y de las condiciones nominales en las que trabaja la celda fotovoltaica (Irradiancia en la superficie de la celda= 800 W/m. 2 y Temperatura del aire = 20°C). Cada panel posee una curva característica que describe su funcionamiento bajo diferentes condiciones de trabajo. La misma se denomina “Curva I-V”, y describe la variación de la corriente en función de la tensión. Una curva I-V típica de un módulo fotovoltaico se muestra en la figura 5. Figura 5 Curva I-V de un módulo fotovoltaico Fuente: (Auto Solar, 2018) La determinación de la curva I-V, define los siguientes parámetros característicos de cada panel: • Isc: Corriente de corto circuito (Del inglés, Short Circuit Intensity (Isc)). Indica la máxima corriente que se puede extraer del panel. Esta condición se puede obtener cortocircuitando los dos conectores del panel (tensión cero y máxima corriente). • Voc: Tensión de circuito abierto (Del inglés, Open Circuit Voltage (Voc)). Indica la máxima tensión que se puede obtener del panel. Esta condición se 20 da midiendo la tensión del panel sin carga, es decir, con los conectores del panel sin conectar (corriente cero y máxima tensión). • Imp: Corriente del punto de máxima potencia (Del inglés, Maximum Power Intensity (Imp)). Indica la corriente que entrega el panel en el punto de trabajo donde se obtiene la máxima potencia. • Vmp: Tensión del punto de máxima potencia (Del inglés, Voltage of Maximum Power). Indica la tensión que entrega el panel en el punto de trabajo donde se obtiene la máxima potencia. • Pmax: Máxima potencia que entrega el panel. Cada panel solar, posee sus especificaciones principales en la parte posterior del mismo. Raramente se utiliza un único módulo fotovoltaico, ya que para lograr mayores potencias los módulos se interconectan entre sí. Para convertir la corriente continua de los paneles fotovoltaicos en corriente alterna para un sistema conectado a red o un sistema aislado, es necesario hacer uso de uno o más equipos adicionales que serán explicados más adelante. Dependiendo de la potencia de consumo requerida, esos equipos admitirán una mayor o menor tensión y corriente de entrada. Para obtener los valores requeridos de tensión y corriente es necesario conectar en serie o paralelo los paneles fotovoltaicos. El conexionado en serie suma las tensiones y el conexionado en paralelo suma las corrientes. La figura 6 muestra los resultados de conexión de dos paneles fotovoltaicos de 220 Wp en serie o paralelo. Nótese que la potencia obtenida de 440 Wp es la misma en ambas configuraciones 21 Fuente: (Navnotf, y otros, 2019) Varios paneles conectados en serie también se conocen internacionalmente como “cadena” (en inglés, “string”). De esta manera, una instalación puede estar formada por varias cadenas conectadas en paralelo. En la mayoría de los casos, los paneles fotovoltaicos se comercializan con dos cables de salida, uno para el polo positivo (+) y otro para el polo negativo (-). En sus extremos poseen unos conectores especiales que aseguran un buen contacto eléctrico y evitan la entrada de polvo y humedad. Si bien hay modelos de varios fabricantes, los más utilizados son los MC4 (MC son las siglas del fabricante “Multi-Contact”, el número indica el diámetro del pin de contacto). Los MC4 permiten conectar cadenas de paneles que se pueden construir fácilmente empujando los conectores de los paneles adyacentes, únicamente utilizando la mano El sistema MC4 consiste en un diseño de conector macho y hembra, los cuales se colocan dentro de carcasas de plástico. Para un sellado adecuado, los MC4 requieren el uso de un cable con el diámetro correcto, normalmente de doble aislamiento y protección UV, dado que la mayoría de los cables se deterioran si se Figura 6 Conexionado en serie o paralelo de paneles para obtener mayor tensión o corriente. 22 utilizan al aire libre sin protección de la luz solar (también conocido como cable “Solar”). El uso de cables que no cumplan con estas características no permitirá que los conectores MC4 actúen normalmente y puede ocurrir que se pierda la estanqueidad de estos. Figura 7 Conectores MC4 macho y hembra, armados para su uso. Despiece de conectores y accesorios para conectar en serie y paralelo de varias filas o strings. Fuente: (Navnotf, y otros, 2019) 2.5. Inversores. El inversor es un elemento central de la instalación fotovoltaica la cual se interconecta la red eléctrica. Además de realizar la conversación continua a alterna, el inversor debe sincronizar la onda eléctrica generada con la de la corriente eléctrica de la red, para que la compatibilidad sea total. El inversor dispone de funciones de protección, para garantizar la calidad de la electricidad vertida a la red como la seguridad de la propia instalación y de las personas. Su función principal es convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna, igual a la utilizada en la red eléctrica: desde 46 kV hasta 115 kV y una frecuencia de 60 Hz. Es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a la red y estará presente en la mayoría de las instalaciones de autoconsumo, sobre todo en aquellas destinadas a la electrificación de viviendas. 23 Las características deseables para un inversor DC-AC las podemos resumir en las siguientes: • Alta eficiencia: Debe funcionar bien para un amplio rango de potencias • Bajo consumo en vacío: Cuando no presente cargas conectadas • Alta fiabilidad: resistencia a los picos de arranque • Protección contra cortocircuitos • Seguridad • Buena regulación de la tensión y frecuencia de salida, que como ya hemos comentado debe ser compatible con la red eléctrica. Los parámetros que determinan las características y prestaciones de un inversor son los siguientes: • Potencia: Determinará la potencia máxima que podrá suministrar a la red eléctrica en condiciones óptimas. La gama de potencias en el mercado es enorme, sin embargo, para los sistemas domésticos existen desde 50W. • Fases: Normalmente los inversores cuyas potencias es inferior a 5 kW son monofásicos. Los mayores a 15 kW suelen ser trifásicos. Muchos de los modelos monofásicos pueden acoplarse entre sí para generar corriente trifásica. • Rendimiento energético: Debería ser alto en toda la gama de potencias a las que se trabajará. Los modelos actualmente en el mercado tienen un rendimiento medio situado en torno al 90%. El rendimiento del inversor es mayor cuanto más próximos estamos a su potencia nominal y; con el fin de optimizar el balance energético, es primordial hacer coincidir la potencia pico del campo fotovoltaico y la potencia nominal del inversor. • Protecciones: El inversor debería incorporar algunas protecciones generales, como mínimo, las cuales serían las siguientes: Interruptor automático: funcionamiento (en la isla), limitador de la tensión máxima y mínima. 24 2.6. Residuos generados por los módulos En cuanto a los residuos generados por los módulos fotovoltaicos al final de su vida útil estos pueden ser clasificados de la forma siguiente: 1. La clasificación denominada “aprovechamiento de valor” la cual se fundamenta en la incorporación de los residuos una vez generados ya sea de manera de reciclaje, reutilización, reincorporación y eliminación; 2. La estipulada en el convenio de Basilea, la cual se basa en su potencialidad de peligrosidad al ambiente: estableciéndolos en desechos inertes, desechos no peligrosos y desechos peligrosos. 3. La tercera es según el origen especial del residuo. Los residuos de módulos fotovoltaicos, se encuentra clasificados por sus componentes como residuos de aparatos eléctricos y electrónicos o RAEE, y al estar constituidos por componentes electrónicos deben ser manejados de acuerdo con las características específicas para su grupo, por lo que no pueden ser incorporados de una manera tan rápida nuevamente al mercado ya que poseen un mayor potencial de peligrosidad y toxicidad a los seres humanos y al medio ambiente como tal (Parvez, Candace, Nazmut, & Shahjadi, 2018). Los residuos generados al final de la vida útil de los paneles solares, tanto los de silicio policristalinos como los de películas delgadas, corresponden a un material con gran potencial de reciclaje y reutilización pues los componentes de vidrio, los polímeros basados en Etil-Vinil-Acetato (EVA), las placas de aluminio de los marcos y láminas de soportes, tienen bastantes salidas a nuevos mercados, ya que su desintegración y separación de los panes solares resulta ser una operación sencilla, rápida y muy limpia si se tiene en cuenta que prácticamente salen de manera puros y con poca alteración con los otros componentes. (Parvez, Candace, Nazmut, & Shahjadi, 2018). El porcentaje de estos materiales reciclables en relación con la masa y al volumen de los residuos generados por los paneles solares está por encima del 90% en ambos tipos de paneles solares. (IRENA and IEA-PVPS. International Renewable 25 Energy Agency and International Energy Agency Photovoltaic Power Systems, 2016). Sin embargo, en alguno casos los componentes utilizados en la fabricación de celdas solares fotovoltaicas y conductores se suelen mezclar con metales por temas de costos o por conferirles propiedades adicionales, y al hacerlo disminuyen su potencial de reciclaje que puede rondar el 4% para los paneles de sílice y del 2% para los de películas delgadas, esto se debe a que su separación de los otros componentes se requieren grandes cantidades de energía y de un tratamiento especial dado las características fisicoquímicas de cada uno de estos metales seleccionados en su fabricación. En las Tablas 1 y 2 se relacionan las principales afectaciones derivadas del uso de estos elementos en ambos tipos de módulos solares. Tabla 1 Principales impactos ambientales de los materiales utilizados en los paneles de silicio. Capa Material Impacto ambiental Celdas solares policristalinas e interconexiones metálicas Silicio El silicio es el material de mayor porcentaje que se encuentra en las celdas de paneles policristalinos y monocristalinos; no se disuelve bien en el agua, pero al estar expuesto al aire libre puede generar material particulado con un nivel de toxicidad bajo. Plomo Puede generar lixiviados al contacto con el agua, afectando ecosistemas, porque queda en el suelo y/o en cuerpos de agua. En animales y humanos afecta el sistema nervioso, cardiaco y respiratorio, en concentraciones altas puede causar la muerte. Caja de conexiones Caja de conexiones La disposición en un relleno es muy difícil después de la compactación, sin embargo, es posible un coprocesamiento (convertirlo en materia prima o combustible de un proceso industrial especifico) Marco Aluminio Este material no contamina ya que puede ser reciclado y reutilizado, vendido como elemento de baja calidad por sufrir deformaciones al momento de la separación. Sin embargo, la cubierta posterior contiene en algunos casos 26 Capa Material Impacto ambiental flúor que en tratamientos térmicos puede desprender emisiones. Vidrio protector Vidrio El vidrio es un material que puede ser vendido como materia prima, posterior al proceso queda triturado como calcín (fragmentos de aproximadamente 4 mm de longitud de vidrio reciclado). El encapsulante Polímero (EVA) Por su difícil desprendimiento de la cubierta posterior, es complejo llevar a cabo su tratamiento, sin embargo, es un material fácil de reciclar y reutilizar cuando está libre, clasificándose como plástico. En algunos casos ha sido recomendado probar termoplásticos que faciliten la separación del material. Fuente: (Sierra, Vásquez, & Ramírez-Piscoc, 2020) Tabla 2 Principales impactos ambientales de los materiales utilizados en paneles de película delgada. Capa Material Impacto ambiental Celdas solares de película delgada CIGs e interconexiones metálicas Selenio Con un 53% es el material de mayor porcentaje en los paneles de películas delgadas CIG. Una gran exposición en el aire puede generar en el ser humano mareos y fatiga; en contacto con el agua puede formar acido de selenio. Sin embargo, esto no genera grandes afectaciones a los seres vivos ni ecosistemas, ya que las reacciones con diferentes sustancias no son estables en el tiempo Cobre La exposición de cobre para la salud humana no presenta mayor riesgo, sin embargo, cuando este se concentra en grandes cantidades en el suelo afecta el crecimiento de plantas, volviendo el suelo infértil, igualmente cuando un animal ingiere el cobre por estar presente en las plantas, puede ser mortal. Galio El galio puro no presenta riesgos para el ser humano, sin embargo, cuando se presenta en compuestos puede afectar la salud, como dificultad en la respiración o dolores de cabeza. Afecta cuerpos de agua cuando su concentración es elevada, pues se requiere sustancias radioactivas para su separación 27 Capa Material Impacto ambiental Indio Altamente tóxicos para la salud humana, pero no han sido investigados los efectos que puedan presentarse al medio ambiente Celdas solares de película delgada CdTe he interconexiones metálicas Cadmio Es un metal pesado de mayor porcentaje en las celdas de paneles de película delgada CdTe, este material es cancerígeno tanto para animales y personas en concentraciones de 50 mg/hora puede ser mortal, igualmente al contacto con agentes corrosivos o ácidos genera lixiviados, afectando ecosistemas. Telurio La inhalación de telurio puede causar afectaciones en el sistema nervioso central y su ingestión dolor abdominal, estreñimiento y vomito Caja de conexiones Caja de conexiones La disposición en un relleno es muy difícil después de la compactación, sin embargo, es posible un coprocesamiento (convertirlo en materia prima o combustible de un proceso industrial especifico) que genera una alta carga ambiental Marco y cubierta posterior Aluminio Este material no contamina ya que puede ser reciclado y reutilizado, vendido como elemento de baja calidad por sufrir deformaciones al momento de la separación. Sin embargo, la cubierta posterior contiene en algunos casos flúor que en tratamientos térmicos puede desprender emisiones. Vidrio protector Vidrio El vidrio es un material que puede ser vendido como materia prima, posterior al proceso queda triturado como calcín. El encapsulante Polímero (EVA) Por su difícil desprendimiento de la cubierta posterior, es complejo llevar a cabo su tratamiento, sin embargo, es un material fácil de reciclar y reutilizar cuando está libre, clasificándose como plástico. Fuente: (Sierra, Vásquez, & Ramírez-Piscoc, 2020) Igualmente, los procesos fisicoquímicos que se realizan posteriores a la separación manual y mecánica presentan afectaciones a los ecosistemas y es este uno de los pasos donde se puede evidenciar la viabilidad de la recuperación de las celdas 28 fotovoltaicas, considerando los siguientes impactos ambientales ocasionados por los procesos fisicoquímicos: • Electrólisis, separa la solución con metales contaminantes. La electrólisis es un método que se ha aplicado para la recuperación del medio ambiente a través de los diferentes tipos de disoluciones y es el de menor impacto para el ambiente en el caso de recuperación de los metales tóxicos provenientes de la lixiviación. • Lixiviación ácida, separa las cenizas de silicio cristalino. Actualmente esta técnica para las cenizas de silicio cristalino no cuenta con suficiente estudio a profundidad para la afectación al medio ambiente y la salud humana, pero para los casos como la lixiviación en el proceso del oro, cobre o bacteriana suele contaminar cuerpos de agua severamente. • Pirolisis en continuo con gasificación, la cual separa el polímero EVA y las celdas de silicio. Esta técnica a pesar de manejar de manera casi nula o en proporciones pequeñas la concentración de oxígeno, genera productos de combustión incompleta, dioxinas y furanos cuando es aplicada a escala comercial, los cuales son contaminantes para el ambiente, estos furanos y dioxinas pueden afectar el sistema inmune de los humanos y desarrollar cáncer; igualmente cuando son liberados a la atmósfera se depositan en suelos y vegetación, por su tamaño minúsculo son insolubles en el agua y logran acumularse en organismos y alimentos. 2.7. Proyección de los residuos generados por módulos fotovoltaicos. La capacidad instalada para la generación de energía solar, en El Salvador, mostró una tendencia de incremento en el periodo de 2013 a 2021, como puede observarse en la Figura 8. En 2021, se alcanzaron los 478MW, lo que representó un crecimiento de alrededor del 18,6% en relación con 2019. A medida siga creciendo la capacidad instalada, también irá en incremento la cantidad de módulos solares que llegan al final de su vida útil, que ronda aproximadamente los 20 años. 29 Figura 8 Capacidad instalada de energía solar en El Salvador de 2013 a 2021. Fuente: (Statista, 2022) Por lo que en los últimos años se han realizado varios estudios acerca del análisis de ciclo de vida de esta fuente de energía y sus distintos componentes incluidos los paneles solares, donde se evidencian los impactos ambientales que se tendrían a futuro en las etapas de desmontaje y destrucción de los paneles solares fotovoltaicos, de existir un mal manejo debido a las características potencialmente peligrosos de algunos de sus componentes. (Chaparro, 2019) Actualmente, la gran mayoría de los residuos de paneles fotovoltaicos proceden de la producción o de la rotura en los dos primeros años de vida de un panel fotovoltaico, debido normalmente a una instalación incorrecta. Sin embargo, las cifras de residuos de producción son información sensible que no comparten los productores, tanto el Dr. Karsten Wambach, de Sunicon, una división de SolarWorld, como Knut Sander, de Ökopol, estimaron la generación de residuos fotovoltaicos en Alemania en 2010 es aproximadamente 15,000 toneladas. Esta cifra incluye los residuos de producción, los paneles rotos y los paneles fotovoltaicos al final de su vida útil. De estas 15,000 toneladas de residuos fotovoltaicos totales, los paneles fotovoltaicos al final de su vida útil representan entre 3,000 y 5,000 toneladas. Knut 30 Sander, de Ökopol, estima que la tasa actual de recogida de paneles fotovoltaicos al final de su vida útil se sitúa entre el 20% y el 30%, y que casi el 100% de los paneles fotovoltaicos recogidos se reciclan. Como las posibilidades de reciclaje pueden variar según el tipo de tecnología, Ökopol citó que, en un mundo ideal, las tecnologías de paneles fotovoltaicos se recogerían por separado para su reciclaje. 31 CAPÍTULO 3 FALLAS EN MÓDULOS FOTOVOLTAICOS Para garantizar el correcto funcionamiento de un sistema fotovoltaico es importante que todos sus componentes se encuentren en óptimas condiciones. Esta premisa es difícil de lograr considerando que la mayor parte de sus componentes se encuentran expuestos a las condiciones climáticas del sitio de implantación, además del envejecimiento de sus componentes a través del tiempo y daños ocasiones durante su fabricación y transporte hasta el sitio. Las fallas que ocurren con mayor frecuencia son en los módulos fotovoltaicos. Estas pueden desencadenarse por factores externos tales como las condiciones ambientales propias del sitio de implantación: temperatura, humedad, calidad del aire, radiación entre otras que afectan la eficiencia del módulo fotovoltaico. Asimismo, existen condiciones internas que pueden originar fallas en el sistema fotovoltaico debidos a conexiones eléctricas defectuosas, daños ocasionales en el proceso de fabricación, mala manipulación en la instalación afectando su rendimiento. 3.1 Definición Falla de Módulo Fotovoltaico. Efecto que degrada la potencia del módulo el cual no se revierte por la operación normal o crea problemas de seguridad. Un problema meramente cosmético que no tiene como consecuencia los efectos antes mencionados no se considera una falla del módulo solar. Una falla del módulo es relevante para efectos de garantía cuando ocurre bajo condiciones que el módulo experimenta durante su operación normal.” (Köntges, y otros, 2014) 3.2 Fallas tempranas El estudio realizado por IRENA en 2014 concluyó que las fallas tempranas más comunes, de mayor a menor porcentaje de ocurrencia o suceso, y reportadas por los generadores son las siguientes: 32 Figura 9 Tipos de fallas en paneles fotovoltaicos Fuente: (IRENA, 2019) Resumiendo lo anterior las pérdidas asumidas en este escenario son las siguientes. • 0.5% de paneles solares llegará al final de su vida útil por daños en el transporte de estos al sitio de instalación o uso. • 0.5% de paneles solares llegará al final de su vida útil en los primeros dos años por culpa de una mala instalación. • 2% de paneles solares llegará al final de su vida útil después de 10 años debido a problemas técnicos. • 4% de los paneles solares llegará al final de su vida útil después de 15 años debido a problemas técnicos. Para efectos de este estudio se ha considerado la gestión de residuos o desechos de paneles fotovoltaicos producidos únicamente por fallas tempranas. Se ha tomado este criterio debido a que esta problemática es más inmediata y actual ya que la mayoría de las plantas fotovoltaicas de El Salvador tienen a la fecha un periodo de operación menor a 10 años. 33 Estas fallas están relacionadas directamente con factores climáticos, que contribuyen a la degradación de los módulos fotovoltaicos y por ende la generación de potencia eléctrica. Estas pérdidas usualmente afectan a los módulos dependiendo de las condiciones propias del ambiente externo al que están expuestos. Algunas de las fallas más comunes se encuentran: A. Fallas por pérdida de potencia. La pérdida de potencia de los módulos fotovoltaicos debido a la temperatura es de los mayores enemigos del rendimiento en su generación energética Por lo que es falso que mientras más caluroso y soleado se encuentre el clima los paneles funcionan mejor. La temperatura óptima oscila entre los 20 y los 25° C. B. Fallas por polvo o suciedad. En verano las pérdidas suelen ser más significativas debido a la acumulación de polvo sobre la superficie es por eso que es conveniente, para no afectar el rendimiento, realizar la limpieza de los paneles con mayor frecuencia que en el invierno ya que las lluvias contribuyen a la limpieza de módulos fotovoltaicos C. Falla óptica. La cantidad de radiación recibida por las células solares en el interior del módulo fotovoltaico es inferior a la que llega a la superficie de este, debido a la reflexión y la suciedad de la superficie del módulo. Las pérdidas de reflexión óptica en la interfaz (vidrio o polímero), debido a la diferencia en los índices de refracción, puede llegar hasta 8 o 9% en el espectro visible de la radiación solar D. Falla por defecto de interconexión de celda. Son originadas por la conexión de los módulos fotovoltaicos de potencias levemente diferentes que forman un sistema fotovoltaico. En la práctica, si se conectan dos módulos en serie con diferentes corrientes, el módulo de menor corriente restringirá la corriente de la serie. 34 E. Fallo por daño durante el transporte Está relacionado con las fallas que son ocasionadas por el traslado de los módulos fotovoltaicos al sitio de instalaciones. Regularmente estas fallas aparecen durante la ejecución. Los módulos rotos o con grietas pueden seguir funcionando correctamente sin embargo el riesgo de un fallo eléctrico o la entrada de humedad al mismo aumenta de forma considerable. Se recomienda establecer un procedimiento adecuado de transporte para reducir fallas. F. Falla por delaminación. La delaminación ocurre cuando se pierde adhesión entre los diferentes elementos que componen el módulo fotovoltaico. Dicha pérdida de adhesión puede darse entre el encapsulante polimérico y las células fotovoltaicas, entre las células fotovoltaicas y el vidrio de la cubierta frontal o entre la cubierta posterior y el encapsulante. Esto supone un problema de gran envergadura porque causa dos efectos: se incrementa la reflexión de la luz, por tanto, se pierde luz aprovechable para el efecto fotovoltaico y se facilita la entrada de humedad en el módulo fotovoltaico con consecuencias no deseadas pudiendo generarse otro modo de degradación que es la corrosión. En climas calurosos y húmedos la delaminación se ve favorecida por la existencia de agua en el ambiente. G. Falla por fractura de vidrio La rotura del vidrio de la cubierta es un factor muy importante de degradación en módulos fotovoltaicos. Las roturas y grietas vienen seguidas normalmente de la aparición de otros modos de degradación tal como pueden ser la corrosión, la decoloración o la delaminación. También existen las roturas intempestivas de módulos que ocurren de forma súbita y que pueden ser debidas a actos vandálicos, caída de árboles, postes o a cualquier situación no esperada H. Falla en las cajas de unión o j-box y cables. 35 Es una falla de detección sencilla ya sea por simple vista o cámara termográfica y se refiere a la conexión no adecuada de los conductores eléctricos desencadenando problemas que van desde el calentamiento de las cajas de conexión al sobrecalentamiento del “string” y por ende de la reducción rendimiento. 3.3 Fallas Regulares Los paneles fotovoltaicos son una parte fundamental en los sistemas fotovoltaicos por este motivo para obtener el máximo rendimiento debemos saber cuáles son las fallas más comunes en su funcionamiento. Por lo general las fallas regulares en los paneles pueden darse en cualquier momento de su vida útil, no específicamente en los primeros años de funcionamiento. Efecto de la temperatura La potencia de salida de un módulo fotovoltaico viene condicionada por la irradiancia solar (W/m2) y la variación de la temperatura que las células alcanzan. A mayor irradiancia mayor es la potencia generada, lo que a su vez significa un aumento en la temperatura de las celdas que conforman el módulo fotovoltaico. El punto de equilibrio de las condiciones anteriores brindará una mayor producción energética al sistema fotovoltaico. Efecto del polvo Debido a la exposición a las condiciones climáticas, los módulos fotovoltaicos son propensos a acumular material particulado sobre su superficie. Esta capa de polvo genera el efecto sombra o “soiling” ocasionando que los fotones que provienen del sol interactúen con las celdas generando un nivel menor de corriente y por tanto una potencia de salida menor. Efecto de fisuras y fracturas Entre las fallas regulares el efecto de fisura es de los problemas más complejos ya que no es posible su reparación por lo tanto solo puede ser reemplazado por otro módulo. Estos daños suelen ser ocasionados por el impacto de objetos debido a efectos medioambientales y por la intervención de terceros. Además, también son propensos a las fallas ocasionadas en el transporte de los módulos y su instalación. 36 Estas fracturas pueden ocurrir en la capa cristalina que recubre la celda como en las obleas de material semiconductor en su interior. Fuente: Planta Solar Metapán, El Salvador. Efecto de Microfracturas Se le llama microfractura a una rotura dentro de una celda fotovoltaica la cual no es posible ser identificada a simple vista volviéndolo imposible de corregir por lo que únicamente puede ser reemplazada. Sus consecuencias son similares a los de las fracturas mayores disminuyendo la generación de energía. El principal origen de esta falla es debido al manejo erróneo en el ensamblaje de los módulos y las altas temperaturas, provocando que las capas semiconductoras de la celda cedan ante el efecto y se formen fracturas en ellas. Pueden ser detectadas mediante el método de electroluminiscencia y técnicas termográficas. Para este último caso, este efecto ocasiona que la celda posea zonas con niveles de temperatura mayores a los que puedan soportar creando roturas en el cristal. A estos puntos de calor son denominados “hot spots”. Efecto Hot Spots Los Hot Spot o puntos calientes son áreas focalizadas en el módulo fotovoltaico que presenta temperaturas elevadas que afectan a una sola zona del panel y tiene por consecuencia disminución de eficiencia generando una menor potencia de salida Figura 10 Módulo con fractura 37 además de una aceleración en la degradación de los materiales en la zona afectada incluso ocasionar incendios sobre si y las celdas aledañas. Figura 11 Proceso de generación de un Hot spot Fuente: M. Diehl Falla por impacto de descargas atmosféricas. Las instalaciones fotovoltaicas están expuestas a condiciones meteorológicas que pueden afectar a su rendimiento. El impacto directo y el efecto inductivo del rayo pueden deteriorar, e incluso destruir, los módulos de las placas fotovoltaicas, los reguladores de carga y otros componentes electrónicos de la instalación. La alta incidencia de estos eventos hace imprescindible protegerlos, utilizando protectores contra sobretensiones y pararrayos 3.4 Métodos para la determinación de fallas. 3.4.1 Análisis Termográfico. Con esta metodología es posible detectar fallas en módulos fotovoltaicos mediante el espectro infrarrojo las cuales son analizadas digitalmente para identificar las zonas con anomalías térmicas bajo dos tipos de imágenes termográficas: capturas frontales y las imágenes termográficas aéreas mediante un drone. 38 Figura 12 Imagen de cámara termográfica con Drone Fuente: Internet 3.4.2 Electroluminiscencia. Este método permite identificar defectos de celdas (grietas), defectos tecnológicos y variaciones en las propiedades de las celdas fotovoltaicas a lo largo de la superficie, provenientes de manejos no adecuados de los módulos tales como transportes, métodos deficientes de limpieza, degradación natural y/o acelerada, entre otros. Funciona bajo el principio de detección de radiación electroluminiscente que emiten los portadores de carga durante la recombinación radiactiva. Figura 13 Imagen de detección de fallos mediante electroluminiscencia Fuente: Internet 39 3.4.3 Análisis del espectro visible. Las imágenes del espectro visible son utilizadas para analizar el estado físico de los módulos fotovoltaicos, especialmente para identificar golpes y fisuras. Así mismo como lo hace las imágenes termográficas se busca detectar las zonas donde hay acumulación de trazadoras o rajaduras, siendo estas identificadas en la imagen para posteriormente proceder a la validación y así concluir si corresponden a golpes sobre el módulo fotovoltaico. 40 CAPÍTULO 4 MARCO LEGAL DE DISPOSICIÓN FINAL Y RECICLAJE DE MODULOS FOTOVOLTAICOS EN EL SALVADOR. 4.1 Antecedentes. Para 2015 la capacidad instalada de global alcanzo los 222 (GW) y se espera que para 2050 esta capacidad aumente a más de 4,500 GW. A medida aumenta el mercado de instalaciones fotovoltaicas a nivel mundial, también aumentará el volumen de paneles fotovoltaicos retirados debido a que estos necesitarán gestionar los residuos al final de su vida útil. Se espera que para finales de 2016 los desechos fotovoltaicos globales acumulados alcancen entre 43,500 y 250,000 toneladas métricas. Debido a la vida útil promedio del panel es de 30 años, se prevén grandes cantidades de desechos anuales para principios de la década de 2050 unos 5.5 a 6 millones de toneladas casi igualando la masa contenida en las nuevas instalaciones que sería de aproximadamente 6.7 millones de toneladas (IRENA, 2019) (IRENA & IEA-PVPS, 2016) En cuanto al contexto nacional, el país ha acompañado las energías renovables sobre todo la solar fotovoltaica muestra de esto es que entre 2013 y 2018 se han incluido a la matriz energética 94 MW en proyectos fotovoltaicos en el mercado mayorista y aproximadamente 121.8 MW en proyectos de energía distribuida. Se prevé que para 2023 se incorporen 369.9 MW y se toma en cuenta los proyectos que el CNE prospecta que están en proceso de aprobación de permisos medio ambiental, proyectos con alto potencial de ejecución por intereses de inversores se puede estimar que para 2023 es altamente probable que 617.3 MW se añadan a la matriz energética (CNE, 2018). El Salvador actualmente no cuenta con un marco legal específico para la recolección de desechos producto de paneles solares, pero si cuenta con un programa nacional para el manejo integral de los desechos que sirve como base. La Ley de Medio Ambiente, en su artículo 52, responsabiliza al Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales para formular un Programa Nacional para el Manejo Integral de los Desechos Sólidos (MINDS) esto en coordinación con el Ministerio de 41 Salud y Asistencia Social, gobiernos municipales y todas las demás organizaciones competentes (MARN, 2017) Los objetivos de este programa son: 1. Promover la adopción de hábitos y prácticas de consumo sostenibles para así reducir la generación de desechos sólidos y aumentar el reciclaje de estos. 2. Alcanzar cobertura universal y de calidad de los servicios de manejo de desechos sólidos aplicando un sistema de manejo integral y sostenible. 3. Promover el manejo integral de los desechos sólidos en coordinación con las instituciones competentes, la responsabilidad empresarial, la participación ciudadana y el acceso a la información. Para llevar a cabo los objetivos del programa se plantearon los siguientes planes: 1. Plan Nacional de sensibilización en MIDS Se busca promover el cambio de hábitos en la población, mediante las prácticas de reducir, reutilizar y reciclar. Además, se plantea el desarrollo de programas de reducción y separación de desechos desde la fuente que los generan. (Guía técnica para la gestión integral de los residuos de aparatos eléctricos y electrónicos de El Salvador, 2017) 2. Plan Nacional para el Mejoramiento del Manejo de los Desechos Sólidos. Esta parte del programa tiene como objetivo proveer de infraestructura adecuada para el tratamiento y disposición final de los desechos sólidos mediante la construcción o ampliación de rellenos sanitarios, plantas de compostaje y recuperación (MARN, 2017) 3. Plan Nacional de recuperación de desechos sólidos. Este plan parte de las siguientes premisas: 42 a. El residuo puede ser reducido en cantidad o calidad aplicando procesos de producción, consumo y comercialización que lo minimicen y/o eliminen. b. Los residuos tienen la posibilidad de ser reutilizados o potenciar su uso. c. Para dar valor a los residuos se tiene que optimizar sus características: forma, materia y energía, usando procesos reutilización, recuperación y reciclaje. (MARN, 2017) El plan de recuperación de desechos sólidos contempla los siguientes 5 tipos de desechos sólidos: 1. Desechos comunes. 2. Llantas en desuso. 3. Desechos de construcción. 4. Otros desechos voluminosos. 5. Residuos de aparatos eléctricos y electrónicos y luminarias. 4.1.1 Proyección de ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares en El Salvador (USD) Tabla 3 Proyección de ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares en ES (USD) Año El Salvador Resto de Latinoamérica Total 2017 55 5,284.41 5,339.40 2018 61.96 5,944.91 6,006.86 2019 70.54 6,756.78 6,827.32 2020 63.45 6,063.94 6,127.39 2021 79.07 7,544.69 7,623.76 2022 93.28 9,027.89 9,121.17 2023 106.7 10,476.31 10,583.01 2024 117.72 11,728.72 11,846.44 2025 129.33 13,078.16 13,207.49 2026 141.91 14,568.07 14,709.98 2027 155.55 16,214.79 16,370.34 2028 170.33 18,033.21 18,203.54 CAGR* 10.56% 12.22% 12.21% * Tasa de crecimiento anual compuesto Fuente: El Salvador Solar Panel Recycling Market Research Report 2021-2028. 43 Figura 14 Ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares de El Salvador Fuente: El Salvador Solar Panel Recycling Market Research Report 2021-2028. 4.2 Procedimiento existente para el desarrollo u operación de actividades o generación de electricidad a partir de tecnología solar fotovoltaica. En este apartado se abordará el procedimiento legal y lo que conlleva el desarrollo, ejecución, operación y cierre de un proyecto de generación de energía de tecnología fotovoltaica. • Ley de Medio Ambiente de El Salvador. El articulado de la Ley de Medio Ambiente de El Salvador establece su artículo 19 que para dar inicio de obras o proyectos y actividades se debe contar con un permiso ambiental siendo el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales el encargado de emitirlo, además, este debe de incluir una previa aprobación del estudio de impacto ambiental. Dicho permiso obliga al titular de la actividad, obra o proyecto a ejecutar acciones de prevención establecidas en el Programa de Manejo Ambiental que está dentro del Estudio de Impacto Ambiental según el artículo 20 y la aplicación del permiso de ubicación y construcción comprende el periodo de construcción de la obra física, posterior a ello se emitirá el permiso ambiental de funcionamiento por el tiempo de su vida útil y etapa de abandono (MARN, 2007). 0 55 61.96 70.54 63.45 79.07 93.28 106.7 117.72 129.33 141.91 155.55 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 U SD Año Ingresos del mercado de reciclaje de paneles solares de El Salvador 44 Los proyectos de generación de energía eléctrica entran en la categoría de proyectos que requieren un estudio de impacto ambiental según el artículo 21 literal f) y g). En cuanto a la elaboración del estudio de impacto ambiental que realizará el titular del proyecto, las directrices están detalladas en el artículo 24, 25, 26, 27, 28 y 29. (MARN, 2007) 4.2.1 Categorización de proyectos destinados al aprovechamiento de la energía solar para la generación de energía eléctrica. A partir de junio de 2012 el Ministerio de Medio Ambiente a través del acuerdo N°39 introdujo las categorías para las actividades de obras o proyectos según la Ley del Medio Ambiente que tienen la finalidad de: aprovechamiento de energía solar para la generación de calor o energía eléctrica, generación de electricidad a partir del aprovechamiento del recurso hídrico y aprovechamiento del recurso geotérmico. A continuación, se va a desarrollar las categorías y los requisitos que deben de tener los proyectos generación de energía a partir de recurso solar según la categoría en la que se sitúe. Hay que destacar que estas categorías son aplicables para las tecnologías fotovoltaica, solar térmica concentrada y termo solar en sistemas aislados y conectados a la red eléctrica de distribución con o sin almacenamiento eléctrico. Otro punto importante es que todas las actividades, obras, proyectos o instalaciones destinados a generar electricidad que utilicen acumuladores para el almacenamiento de energía, deberán cumplir con lo establecido en el Reglamento Especial en Materia de Sustancias, Residuos y Desechos Peligrosos. Grupo A: Actividades, obras o proyectos con bajo potencial de impacto ambiental. No requieren presentar documentación ambiental. El titular o titulares de las actividades, obras o proyectos que entren en este grupo, previamente deberán obtener el permiso de la autoridad competente. Los proyectos y actividades de este grupo poseen las siguientes características: - Aprovechamiento térmico de la energía solar para intercambio de calor en edificaciones existentes. 45 - Instalación de paneles solares fotovoltaicos u otros dispositivos para captar la energía solar hasta 100 kW en edificios existentes tales como viviendas, condominios multifamiliares horizontales o en altura, centros comerciales, educativos, etc. Estos sistemas aplican para autoconsumo y conectados a la red. Grupo B: Actividades, obras o proyectos con moderado potencial de impacto ambiental. No requieren elaborar estudio de impacto ambiental. Categoría 1: Esta categoría corresponde a las actividades, obras o proyectos con leve potencial impacto ambiental. La resolución siempre la emitirá el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales (MARN), si el proyecto requiere o no elaborar el estudio de impacto ambiental si es este último caso, se debe completar el formulario ambiental con la información que se solicite. Categoría 2: Dentro de esta categoría entran las actividades, obras o proyectos con un alto potencial de impacto ambiental. Se deberá presentar un estudio de impacto ambiental en el MARN y este emitirá una resolución determinando que se requiere dicho estudio para lo cual se anexaran los térmicos de referencia. 46 Tabla 4 Categorización para actividades, obras o proyectos destinados a la generación de energía eléctrica a base del aprovechamiento de la energía solar. Criterios Grupo B Categoría 1 Categoría 2 Área para utilizar Hasta 5 Hectáreas (Ha) Mayor de 5 hectáreas (Ha) Cobertura vegetal Pastizales, cañales y otras áreas abiertas con cobertura vegetal arbustiva y/o arbórea, hasta 10 árboles/ Ha, con DAP igual o mayor de 20 cm. Cobertura vegetal arbórea, mayor de 10 árboles/Ha con DAP igual o mayor de 20 cm. Clase de generación Fotovoltaica o termo solar Fotovoltaica, termo solar, térmica concentrada Topografía Pendiente promedio hasta del 15% Pendiente promedio mayor del 15% Localización Fuera de áreas naturales protegidas, sus zonas de amortiguamiento y áreas de recarga acuífera. Dentro de áreas naturales protegidas, sus zonas de amortiguamiento, áreas de recarga acuífera y en zona costero-marina Capacidad de generación De más de 100 kW hasta 5MW Mayor de 5 MW Generación de desechos Si se conectan a la red, no hay generación de desechos. Si hay almacenamiento de energía, se utilizan acumuladores requiriendo un manejo ambiental adecuado. Si se conectan a la red, no hay generación de desechos. Si hay almacenamiento de energía, se utilizan acumuladores requiriendo un manejo ambiental adecuado Amenaza natural Las amenazas naturales se han valorado como con un Grado de Amenazas Moderado (A2). Las Amenazas se han valorado por un Grado Alto (A3) o Muy Alto (A4) por lo que es necesario análisis detallado de las amenazas y presentar medidas de prevención, preparación y/o atención a la 47 Criterios Grupo B Categoría 1 Categoría 2 emergencia en el caso de producirse el evento esperado Fuente: (MARN, 2012) • Permiso medioambiental. Entiéndase por permiso ambiental el activo administrativo por medio del cual el Ministerio de Medio Ambiente a solicitud del titular de una actividad, obra o proyecto, autoriza que estas se realicen, sujetas a complimiento con las condiciones que este acto establezca (MARN, 2017). La Ley de Medio Ambiente sostiene en su artículo 65 que el uso y aprovechamiento de los recursos naturales renovables, deberá asegurar la sostenibilidad de este, su cantidad y calidad, protegiendo adecuadamente los ecosistemas a que pertenezcan (MARN, 2007). Pasos para obtener el permiso medioambiental: Paso 1: Presentar formulario ambiental. De acuerdo con el artículo 22 de la Ley de Medio Ambiente, el titular de obra, actividad o proyecto deberá presentar preliminarmente el formulario ambiental y posterior a ello el MARN realizará una evaluación para categorizar la actividad, obra o proyecto de acuerdo con su envergadura y a la naturaleza del impacto potencial. (MARN, 2007) Según el artículo 21 del reglamento general de medio ambiente establece los requisitos mínimos del formulario ambiental, son los siguientes: a. Información del titular que propone la actividad, obra o proyecto; b. Identificación, ubicación y descripción de la actividad, obra o proyecto; c. Aspectos de los medios físico, biológico, socioeconómico y cultural, que podrían ser afectados; 48 d. Identificación y priorización preliminar de impactos potenciales, posibles riesgos y contingencias y estimación de las medidas ambientales correspondientes; y e. Declaración jurada sobre la responsabilidad del titular en la veracidad de la información proporcionada. (MARN, 2007) Paso 2: Obtener el permiso ambiental. Si posterior a la evaluación del MARN determina que el proyecto tendrá un potencial impacto, moderado a alto, en el medio ambiente (categoría 2, Grupo B); el titular del proyecto deberá presentar el estudio de impacto ambiental que deberá tener los siguientes requisitos según el Art.23 del reglamento general de medio ambiente: a. Título y autores; b. Resumen ejecutivo del estudio; c. Descripción del proyecto y sus alternativas; d. Consideraciones jurídicas y de normativa ambiental aplicables, relativas a la actividad, la obra o el proyecto; e. Descripción, caracterización y cuantificación del medio ambiente actual, de los componentes físicos, biológicos y socioeconómicos, del sitio y área de influencia; f. Identificación, priorización, predicción y cuantificación de los impactos ambientales; g. Interpretación de los resultados del análisis beneficio-costo, rentabilidad y eficiencia, considerando factores técnicos, económicos, sociales y ambientales (aplicables a actividades, obras o proyectos del sector público); h. Programa de Manejo Ambiental; i. Apéndice: Mapas, métodos de evaluación utilizados, estudios técnicos, tablas, gráficos, relatoría de las Consultas Públicas realizadas a