GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire

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GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
GUIDA AL FINE VITA DEGLI
IMPIANTI FOTOVOLTAICI

          Federazione Italiana per l’uso Razionale dell’Energia
      
GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Indice
Introduzione                                                                                       3
Tecnologie fotovoltaiche                                                                           4
Tipologie di impianti                                                                          11
Rilevanza economica e ambientale                                                               14
Riciclo o rifiuto ?                                                                            21
Modelli di riciclo                                                                             24
Analisi del ciclo di vita                                                                      29
Fattibilità e processi allo stato dell’arte                                                    33
Leggi e documenti di riferimento                                                               42

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     Introduzione
                                                                        

    L’energia solare fotovoltaica ha conosciuto uno                          Una gestione oculata del fine vita consente di
    sviluppo straordinario a livello globale e, in                           migliorare ulteriormente l’impronta ambientale
    particolare, europeo nel corso degli ultimi anni.                        del fotovoltaico estesa su tutto il ciclo di vita e,
                                                                             pro quota, quella dell’intero sistema energetico.
    Anche nel nostro paese è sempre più frequente
    vedere impianti piccoli e grandi variamente                              Se si considera che la durata in servizio degli
    integrati in contesti urbani, industriali e rurali.                      impianti fotovoltaici è di almeno 20-30 anni e che
                                                                             la maggior parte di essi è stata installata negli
    Come per ogni tecnologia che si diffonde in modo                         ultimi 5 anni, risulta evidente che siamo nella
    massiccio, diventa rilevante chiedersi che ne sarà                       fase giusta per capire come affrontare questo
    di tali impianti alla fine del loro ciclo di vita, cioè
                                                                             problema e per mettere in atto le tecnologie e i
    quando avranno esaurito la loro capacità                                 processi necessari allo scopo.
    produttiva.
                                                                             In tale contesto la presente guida si propone
    L’importanza del tema è molteplice, in quanto                            come uno strumento di orientamento per tutti
    impatta su varie dimensioni di valenza economica                         coloro, industrie, enti pubblici e privati cittadini
    e ambientale, come il riciclo e riuso dei materiali,                     che, a vario titolo vogliono approfondire il quadro
    che servono a ridurre i consumi di materia prima                         delle opzioni disponibili.
    e di energia, e come le condizioni di riutilizzo dei
    terreni e/o dei fabbricati.

                                     Image: Salvatore Vuono / FreeDigitalPhotos.net

                                                                  GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI             3
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      Tecnologie
                                                                

      fotovoltaiche

     Le tecnologie di celle fotovoltaiche diffuse sul                Grazie alla minore quantità di materiale attivo
     mercato appartengono alle seguenti tipologie:                   utilizzato presentano in prospettiva potenzialità
                                                                     rilevanti di riduzione dei costi.

    Silicio           Mono-cristallino
    cristallino       Poli-cristallino                               Silicio monocristallino
                      Nastro                                         Le celle sono ricavate da un lingotto costituito da
    Film sottile      Silicio amorfo                                 un mono-cristallo di silicio, che viene prodotto a
                      Tellururo di cadmio                            partire da silicio fuso attraverso un processo di ri-
                                                                     cristallizzazione denominato Czochralsky.
                      Diseleniuro/Disolfuro di rame-
                      indio/gallio
                      Multi-giunzione
                                                                                                SiO2                     mg-Si
                                                                                 Estrazione e
                                                                                                         Riduzione                      Processo UCC
                                                                                 Raffinatura
                                                                                                                                                           eg-Si
     Le classificazione si basa sulla tipologia di                                Wafering                 Taglio
                                                                                                                        lingotto
                                                                                                                                         Processo
                                                                                                                                        Czochralsky
     materiale semiconduttore attivo, ma differenze                   scarti e
                                                                       sfridi
     fondamentali derivano anche dal processo di                                  Lavaggio,
                                                                                                                     Riciclo Si poli-
                                                                                                                       cristallino
     produzione delle celle.                                                     Essiccatura

     Le celle al silicio cristallino utilizzano come                               Etching,
                                                                                  Texturing
                                                                                                       celle

     semiconduttore il silicio e sono di gran lunga le
     più diffuse sul mercato (circa 80% secondo EPIA).

     Sono costituite da fette di silicio molto sottili               Il silicio metallurgico ha una purezza compresa
     denominate wafer e il processo di produzione del                tra 98 e 99%, mentre il silicio per la produzione
     silicio determina le differenze tra un tipo e l’altro           delle celle può essere raffinato fino al 99,9999%.
     di cella.
                                                                     Il silicio mono-cristallino possiede una struttura
                                                                     molecolare regolare che facilita il transito degli
                                                                     elettroni, ma deve essere dopato per diventare
     Le celle a film sottile utilizzano differenti                   effettivamente fotovoltaico. Un primo drogaggio
     materiali semiconduttori (silicio, diseleniuro di               (di tipo -p) viene realizzato aggiungendo boro al
     rame-indio, tellururo di cadmio, arseniuro di                   silicio fuso.
     gallio). Vengono realizzate tramite deposizione di
     uno strato molto sottile di materiale attivo su                 Dopo il taglio, i wafer vengono lavati e portati in
     substrati di varia natura.                                      un forno a diffusione dove sono esposti a vapori
                                                                     di fosforo su uno dei lati per creare il drogaggio di

                                                         GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                                                4
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tipo -n e quindi la differenza di potenziale (p-n)                        contatto metallico
                                                                                               cornice
                                                                                                               cella
tra le due facce.

Successivamente viene applicato uno strato
superficiale antiriflesso che aumenta la capacità

                                                           990
di cattura della luce solare e conferisce alle celle
il tipico colore blu.

Lo step successivo è l’applicazione di contatti                                                  1650                                       50
metallici, in genere di argento, che servono a                                                                                                   
                                                                                                     vetro
convogliare gli elettroni verso il circuito esterno.

Una rete di rame estremamente sottile (finger)
                                                                    giunto laterale                                 cella solare
viene applicata sulla faccia frontale della cella e                                              resina
                                                                                                       protezione posteriore
ha lo scopo di raccogliere la corrente generata.                          cornice

Bandelle di rame più larghe (busbars) vengono
applicate sulle facce frontale e posteriore della                        Componenti di un modulo fotovoltaico
cella e hanno lo scopo di collegare una cella con
l’altra (come descritto nella sezione successiva).
                                                         Il processo di realizzazione del modulo è
La superficie posteriore delle celle viene rivestita     schematizzato nel diagramma seguente:
di alluminio allo scopo di creare una superficie
interna riflettente.

Le celle hanno forma quadrata, le dimensioni                                     Celle                             Flash test
tipiche sono 156x156mm (6”) oppure 125x125
(5”) con uno spessore di 0,18÷0,2 mm.                     Bandelle Cu          Tabbing                                               Cornice
                                                                                                                Incorniciatura
                                                                                celle                                                Angolari

                                                                 Vetro                                                              Bi-adesivo
                                                                                Layup
                                                                                                                       J-Box
                                                                 EVA           stringhe                                            Silicone, J-Box

                                                           Bus Ribbon         Saldatura
                                                                                                                   Rifilatura
                                                           EVA, Tedlar         stringhe

                                                                                               Laminazione

                                                         Le celle vengono collegate in serie attraverso la
                                                         saldatura (tabbing) di bandelle di rame ricotto e
                                                         l’installazione dei diodi di by-pass. In genere le
                                                         stringhe sono composte di 10 o 12 celle.
               Cella monocristallina
                                                         Sulla faccia anteriore il modulo viene chiuso e
                                                         protetto da un vetro temperato dello spessore di
Realizzazione del modulo fotovoltaico                    4 mm ad alta trasmittanza. La superficie interna
                                                         del vetro è antiriflesso, mentre la superficie
Il modulo viene realizzato assemblando i seguenti        esterna è liscia per contrastare sporcamenti
componenti:                                              dovuti ad accumulo di polvere e/o residui.

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GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Le celle sono inglobate in uno strato di materiale          Silicio poli-cristallino
plastico trasparente costituito di etil-vinil-acetato
(EVA), che possiede buone caratteristiche di                Il processo di produzione si differenzia da quello
trasmittanza (70-90%) e igroscopicità (l’umidità            mono-cristallino nelle fasi di realizzazione dei
potrebbe danneggiare le celle corrodendo i                  wafer, mentre l’assemblaggio delle celle e la
materiali conduttivi).                                      costruzione dei moduli seguono il medesimo
                                                            processo.
L’EVA fonde a bassa temperatura (80-110 °C) e
viene rinforzato da fibra di vetro per assicurare           Come materia prima vengono utilizzati pezzi di
rigidezza e stabilità dimensionale.                         silicio di varia provenienza riciclando componenti
                                                            e scarti dell’industria elettronica e del processo
Lo strato di Tedlar ha la funzione di proteggere le         fotovoltaico stesso.
celle sul lato posteriore.
                                                            Le fette vengono tagliate a partire da un lingotto
Esso è composto da bianco Tedlar (37μm) che                 ottenuto per solidificazione direzionale.
resiste ai raggi UV e da poliestere (75÷80μm) che
protegge dall’umidità.                                      Le celle hanno forma quadrata, le dimensioni
                                                            tipiche sono 156x156mm (6”), più raramente
Il telaio è realizzato in alluminio anodizzato,             125x125mm (5”), con spessore di 0,18÷0,2 mm.
tipicamente in leghe da trasformazione plastica
e, in particolare, da trattamento termico che               I moduli dei vari costruttori utilizzano quasi
prevedono come alliganti Mg, Si, Zn, Cu.                    sempre celle da 6”. Due tra le configurazioni più
                                                            diffuse prevedono 6 file da 9 o da 10 celle ed
Tali leghe possiedono buone caratteristiche                 hanno le seguenti caratteristiche:
meccaniche, di finitura superficiale e di resistenza
alla corrosione.

Il silicone ha lo scopo di sigillare le giunzioni (T =
120-150 °C).

La fase finale di collaudo viene effettuata in una
macchina di prova che utilizza la luce artificiale
generata da una lampada flash.

I moduli dei vari costruttori utilizzano celle di
diverse dimensioni (5”o 6”) e numero. Due tra le
configurazioni più diffuse prevedono 6 file da 10
o 12 celle ed hanno le seguenti caratteristiche:

MODULO             60 celle (6”)      72 celle (5”)
                                                            MODULO             54 celle (6”)    60 celle (6”)
Altezza          1640÷1680 mm       1560÷1580 mm
                                                            Altezza          1470÷1500 mm      1640÷1680 mm
Lato              980÷1000 mm        800÷830 mm
                                                            Lato              980÷990 mm       980÷1000 mm
Spessore            35÷40 mm           35÷45 mm
                                                            Spessore           35÷38 mm         34÷50 mm
Peso                 19÷22 kg          15÷17 kg
                                                            Peso               15,5÷20 kg       18,5÷23,5 kg

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GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Silicio - tecnologie alternative                          Il “peso specifico” dei moduli di silicio (peso del
                                                          modulo diviso per potenza di picco) è compreso
Diverse tecnologie sono state sviluppate al fine di       tipicamente tra 80 e 110 kg/kWp come indicato
produrre celle con livelli più elevati di efficienza.     nel grafico seguente.

Le principali sono di seguito elencate:                   I valori inferiori sono relativi ai moduli con la
                                                          maggiore efficienza.
  contatti nascosti: la rete e le bandelle sono
   nascosti in un solco che viene tagliato con il                    120,0
   laser sulla superficie posteriore della cella. In                 100,0
   questo modo aumenta la superficie anteriore                        80,0
   attiva della cella e quindi la sua efficienza            kg/kWp
                                                                      60,0

                                                                      40,0
  contatti posteriori: il contatto frontale viene                    20,0
   spostato nella parte posteriore della cella.                        0,0
   L’area frontale aumenta e diminuiscono le                                 10%            12%                14%                16%      18%       20%

   perdite per ombreggiamento. È la soluzione                                                                        Efficienza

   applicata dalle celle che hanno i valori più
   elevati allo stato dell’arte                               Peso dei moduli c-Si in funzione dell’efficienza

  PLUTOTM: sviluppata da Suntech si distingue
   per il processo di texturing che aumenta la
   capacità di assorbire la luce debole e indiretta       Il progresso tecnologico ha determinato una
                                                          progressiva riduzione del peso dei moduli per
  HITTM: Heterojunction with Intrinsic Thin Layer        effetto di miglioramenti di efficienza delle celle e
   sviluppata da Sanyo si distingue per la                dei moduli, riduzione dello spessore delle celle ed
   struttura a sandwich delle celle, in cui il wafer      ottimizzazione di telai e scatole di giunzione.
   mono-cristallo di silicio è racchiuso all’interno
   di due strati estremamente sottili di silicio          La composizione indicativa in peso di un modulo
   amorfo.                                                in silicio è illustrata nella figura seguente:

                                                                                                          Scatola di
                                                                                                 Tedlar   giunzione
                                                                                         Celle               1%      Adesivi
                                                                                                   4%
                                                                                          4%                           1%
                                                                                   EVA
                                                                                   6%
La tabella seguente indica i record di efficienza
raggiunti dai moduli commerciali più avanzati                            Telaio
(Fonte: Greentech Media 2010).                                            10%

                                  Efficienza                                                                                       Vetro
    Tecnologia                                                                                                                      74%
                                commerciale
    Mono-cristallino
                                    22%
    (contatto posteriore)                                        Composizione in peso di un modulo c-Si
       TM
    HIT                            19,8%
    Mono-cristallino
          TM                        19%
    (Pluto )
                                                          Il vetro rappresenta il componente più rilevante,
    Mono-cristallino               18,5%                  con un’incidenza che varia tra il 65 e il 75% a
                                                          seconda dello spessore (3 oppure 4 mm).

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GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Thin-film                                                    multi-giunzione sono celle composte di silicio
                                                              amorfo a cui vengono aggiunti strati di silicio
I moduli thin film sono realizzati depositando uno            micro-cristallino che hanno la funzione di
strato estremamente sottile di materiale foto-                aumentare la capacità di assorbire l’infrarosso
sensibile su un substrato di basso costo come                 e il vicino infrarosso e aumentano l’efficienza
vetro, acciaio inossidabile o plastica.                       del 10%. Gli strati di silicio micro-cristallino
                                                              hanno uno spessore di 3 m che rende i
Il materiale semiconduttore ha una capacità                   moduli più robusti.
estremamente elevata di catturare la luce solare
per cui è sufficiente uno strato di pochi micron           Contrariamente al silicio cristallino, non esistono
per ottenere le proprietà fotovoltaiche.                   dimensioni standard dei moduli thin film.

Una volta depositato il materiale, il substrato            Si passa dai 0,6÷1,2 m2 dei moduli CIGS e CdTe a
viene tagliato con il laser in celle sottili.              1,4÷5,7 m2 dei moduli a base di silicio.

I moduli thin film sono di solito realizzati senza
telaio e chiusi entro due strati di vetro. Se il
substrato è di plastica il modulo risulta flessibile.

I tipi più diffusi di moduli sono di seguito elencati:

 silicio amorfo: la capacità di assorbimento
  della luce solare è superiore a quella del silicio
  cristallino, ma genera un flusso di elettroni
  inferiore e quindi ha un’efficienza inferiore. Lo
  strato semiconduttore è spesso 1 m e per
  ridurre i costi viene depositato su substrati di
  grandi dimensioni (fino a 5,7 m2), che possono
  essere anche di materiale flessibile.                             Esempio di modulo CIS (Sulfurcell)
 diseleniuro di rame-indio (copper-indium
  diselenide, abbreviato CIS) cattura oltre il 99%
  della luce incidente in pochi micron di
  spessore. L’aggiunta di piccole percentuali di
  gallio (abbrev. CIGS) aumenta ulteriormente
  l’efficienza di conversione. Tra i thin film, la
  tecnologia CIG/CIGS è la più efficiente, ma
  anche la più costosa a causa di un processo
  complesso e poco standardizzato.
 tellururo di cadmio (abbreviato CdTe)
  possiede anch’esso una grande capacità di
  cattura della luce e rappresenta la tecnologia
  thin film più economica sul mercato.
  L’aggiunta di piccole percentuali di mercurio e
  zinco migliora ulteriormente le proprietà.
 arseniuro di gallio è un composto formato da
  due elementi particolari: l’arsenico diffuso in
  natura, ma velenoso, e il gallio più raro e
  costoso dell’oro. È estremamente resistente
  alla temperatura e risulta pertanto molto
  adatto per sistemi a concentrazione.                              Esempio di modulo amorfo (Sharp)

                                                     GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI       8
GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Il processo di produzione dei moduli thin film,              Il processo impiegato dal produttore Sulfurcell è
rappresentato in figura, è comune a tutte le                 illustrato nel diagramma seguente:
tecnologie.

                        Produzione del
                          substrato                                           Vetro

                                                              Molibdeno                          Laser
                         Rivestimento                                       Sputtering
                                                                                                Scribing
                     conduttivo trasparente
                                                                 Rame
                                                                            Sputtering
                                                                 Indio
                        Deposizione del
                        semiconduttore                            CIS       Annealing,         Mechanical
                                                                           Sulfurisation        Scribing

                     Collegamento contatti                                 Wet chemical
                                                                            processing
                           conduttori
                                                               Ossido di
                                                                                               Mechanical
                                                                            Sputtering                              Laminating
                                                                 Zinco                          Scribing
                       Montaggio tra due
                        strati di vetro                                                       MONOLITHIC
                                                                            DEPOSITION                          ENCAPSULATION
                                                                                           INTERCONNECTION

         Processo di produzione dei moduli thin film                       Processo di produzione Sulfurcell

L’applicazione del semiconduttore sul substrato
viene effettuata attraverso elettrodeposizione               Nella figura seguente è esemplificato lo schema
oppure trasferimento in fase vapore.                         di un modulo CdTe con substrato di vetro.

Entrambi i processi sono molto efficienti (nella
elettrodeposizione solo l’1% di Cd e Te viene
disperso, nel trasferimento di vapore il 20÷30%) e
i residui vengono trattati in modo sicuro.
                                                               Vetro                       vetro anteriore
L’applicazione dei contatti metallici sulla parte
posteriore serve a collegare i moduli in serie e si            SnO2F                       TCO contatto anteriore
realizza tramite incisione o stampaggio laser.                 CdS                         strato finestra
                                                               CdTe                        strato assorbente
                                                                                           contatto posteriore
Nella figura seguente è esemplificato lo schema                EVA                         incapsulante
di un modulo CIS con substrato di vetro.
                                                               Vetro                       vetro posteriore

                                                                        Sezione di un modulo CdTe (First Solar)

 Vetro                       vetro anteriore

 EVA                        incapsulante
 ZnO
                                                             Il vetro anteriore è quello su cui incidono i raggi
 CdS                        strato finestra                  solari. Su di esso viene depositato un film sottile
 CuInS2                     strato assorbente                di ossido conduttivo trasparente (TCO).
 Mo                         contatto posteriore
                                                             Gli strati sottili semi-conduttori, rispettivamente
 Vetro                      vetro posteriore
                                                             p- (CdS) e n- (CdTe) vengono depositati sul
                                                             substrato di vetro. Lo spessore degli strati semi-
          Sezione di un modulo CIS (Sulfurcell)              conduttori è inferiore a 3 m.

                                                       GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                      9
GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI - Federazione Italiana per l'uso Razionale dell'Energia - Fire
Il vetro posteriore ha la funzione di proteggere i                           La composizione indicativa in peso di alcune
 semi-conduttori e viene incollato al vetro                                   tipologie di moduli thin film è illustrata nelle
 anteriore tramite laminazione interponendo uno                               figure seguento:
 strato di Etil-Vinil Acetato (EVA).
                                                                              In tutti i casi il materiale semiconduttore incide
 La tabella seguente indica i record di efficienza                            per meno dell’1% sul peso del modulo.
 raggiunti a livello commerciale e di laboratorio
 dai moduli thin film (Fonte: EPIA, 2010).

                                                                                                                EVA       Cavi   Semiconduttore
                                                                                                                3%         1%         0%
                                                                                                      Telaio
                              Efficienza                Efficienza di                                  12%
Tecnologia
                            commerciale                 laboratorio
Silicio amorfo                 7,1%                        10,4%
Silicio amorfo                                                                                                                                      Substrato-vetro
                                10%                        13,2%                                                                                          51%
multigiunzione
                                                                                   Vetro anteriore
CdTe                           11,2%                       16,5%                        33%

CIGS/CIS                       12,1%                       20,3%

                                                                                   Composizione in peso di un modulo CIGS

 Il “peso specifico” dei moduli thin film è
 compreso tipicamente tra 120 e 250 kg/kWp
 come indicato nel grafico seguente.                                                                       Scatola di             Cavi
                                                                                                                                   1%
                                                                                                           giunzione
                                                                                                              0,1%

 I valori inferiori sono relativi ai moduli con la
 maggiore efficienza.
                                                                                    Vetro anteriore                                                    Substrato-vetro
                                                                                                                                                            48%
            350                                                                          48%

            300

            250

            200
   kg/kWp
            150                                                                                                                    Semiconduttori
                                                                                                                    EVA
                                                                                                                    3%                  0%
            100

             50

              0                                                                    Composizione in peso di un modulo CdTe
                  4%   6%       8%                10%      12%      14%
                                     Efficienza

  Peso dei moduli thin film in funzione dell’efficienza

                                                                        GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                                                   10
                                                              

     Tipologie
              di impianti                                         

    La crescente diffusione degli impianti fotovoltaici                Il BOS è tipicamente costituito dai seguenti
    per molteplici e differenti esigenze applicative si                componenti:
    accompagna a una progressiva diversificazione
    delle taglie di potenza degli impianti e delle                        moduli
    tipologie di installazione, integrate in edifici                      inverter
    oppure poste sul terreno.                                             sostegni in acciaio zincato
                                                                          trasformatore
    Ai fini dell’analisi delle problematiche di fine vita                 cavi elettrici
    gli impianti saranno classificati come segue:                         quadri e scatole di derivazione
                                                                          contatori di energia
     integrati su edifici civili e industriali
                                                                          sistema di monitoraggio
     solar farm
                                                                          impianto di terra (scaricatori).
     piccoli impianti residenziali.

                                                                       Il grafico successivo esemplifica la percentuale in
    Tale suddivisione non intende esaurire la                          peso dei componenti del BOS di un impianto da
    molteplicità delle tipologie applicative, ma ha lo                 350 kW integrato sulla falda di un tetto.
    scopo di creare classi di impianti relativamente
    omogenee in termini di composizione e
    importanza relativa degli elementi costituenti il
    Balance of System (BOS).                                                                 9%
                                                                                        1%
                                                                                   6%

                                                                              5%                              Moduli
                                                                                                              Inverter
                                                                             2%
    Impianti integrati                                                                                        Trasformatori
                                                                                                              Cavi di campo
                                                                                                              Quadri e combinatori
    Con questa denominazione si intendono gli
                                                                                                              Fissaggi
    impianti di taglia media installati sui tetti di edifici
    industriali o del terziario.                                                                   77%

    Rappresentano una tipologia di impianto che ha
    conosciuto una grande diffusione in Italia, come
    soluzione per alleggerire la bolletta energetica
    oppure come elemento qualificante di un piano                      I moduli fotovoltaici costituiscono la quota di
    di miglioramento della sostenibilità ambientale di                 gran lunga prevalente del BOS (77%), pari a circa
    aziende manifatturiere o di servizio.                              35.500 kg per 350 kW.

    Gli impianti integrati spaziano da qualche decina
    a qualche centinaio di kW (20÷500 kW).

                                                           GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                 11
Solar farm                                                     I moduli fotovoltaici costituiscono la quota
                                                               prevalente del BOS (52%), pari a circa 200t per 2
Con questa denominazione si intendono gli                      MW.
impianti di taglia grande installati sul terreno.

Rappresentano una tipologia di impianto che ha
conosciuto una crescita straordinaria in Italia e              Piccoli impianti residenziali
nell’Europa meridionale come risultato di grandi
investimenti operati da fondi interessati a                    Con questa denominazione si intendono gli
cogliere l’opportunità di profitto delle tariffe di            impianti di piccola taglia installati sui tetti di case,
feed-in coniugandola con le economie di scala dei              condomini, scuole, rifugi, alberghi e agriturismi.
grandi impianti.
                                                               Rappresentano una tipologia di impianto che in
Grazie alle loro dimensioni rappresentano una                  Italia ha conosciuto una prima grande diffusione
quota cospicua dell’installato complessivo, anche              all’epoca del programma 10.000 tetti fotovoltaici
se in molti paesi sono state introdotte normative              e che successivamente ha ricevuto un ulteriore
per scoraggiare la loro proliferazione che va a                impulso dal Conto Energia.
scapito dell’uso agricolo dei terreni.
                                                               In Italia sono impianti prevalentemente installati
Il BOS è costituito dai seguenti componenti:                   su falde spioventi e in varia misura integrati con
                                                               esse.
   moduli
   inverter                                                   Il BOS è costituito dai seguenti componenti:
   sostegni in acciaio zincato
   strutture di supporto girevoli (per sistemi a                  moduli
    inseguimento)                                                  inverter
   trasformatori                                                  sostegni in acciaio zincato
   cavi elettrici                                                 cavi elettrici
   quadri e scatole di derivazione                                quadri e scatole di derivazione
   contatori di energia                                           contatori di energia
   sistema di monitoraggio                                        impianto di terra (scaricatori).
   impianto di terra (scaricatori)
   cabina elettrica
   ancoraggi di sostegno nel terreno.                         Il grafico successivo esemplifica la percentuale in
                                                               peso dei componenti del BOS di un impianto da 5
                                                               kW integrato sulla falda di un tetto.
Il grafico successivo esemplifica la percentuale in
peso dei componenti del BOS di un impianto da 2
MW installato su terreno.
                                                                                      8%
                                                                                 1%
                                                                            8%

                                                                       2%                                 Moduli
                                                                                                          Inverter
                                       Moduli
      37%                                                                                                 Cavi di campo
                                       Inverter
                                                                                                          Quadri e combinatori
                                       Trasformatori
                              52%                                                                         Fissaggi
                                       Cavi di campo
                                       Quadri e combinatori
                                       Fissaggi                                            81%

            2%
                 3%
                      3% 2%

                                                         GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI              12
I moduli fotovoltaici costituiscono la quota di                     La vita utile dipende essenzialmente da come le
gran prevalente del BOS (81%), pari a circa 510 kg                  batterie vengono gestite nelle fasi di carica e
per 5 kW.                                                           scarica, funzione svolta dal regolatore di carica
                                                                    che serve anche a monitorare lo stato delle
Per alcuni impianti isolati dalla rete, che hanno la                batterie stesse.
necessità di assicurare la continuità del servizio, i
componenti precedentemente indicati vengono
integrati da:
                                                                    La dismissione di un impianto fotovoltaico è un
 batterie                                                          termine che significa la rimozione dei
 regolatori di carica.                                             componenti dell’impianto attivo e il ripristino
                                                                    delle condizioni precedenti su tetto o su terreno.

                                                                    Nella sua accezione completa la dismissione
Le batterie svolgono la funzione di accumulare                      comprende quindi le seguenti operazioni:
l’energia nei periodi in cui la produzione
istantanea eccede la richiesta e viceversa di                         rimozione dei pannelli fotovoltaici e di tutti i
rilasciarla nei periodi in cui la richiesta eccede la                  componenti dell’impianto elettrico
produzione.                                                           rimozione di tutte le strutture di sostegno,
                                                                       incluse anche fondazioni e pavimentazioni nel
Tale missione richiede batterie in grado di                            caso di impianti a terra
sopportare scariche profonde (fino all’80% della                      mitigazione di eventuali impatti ambientali.
carica). Tipicamente vengono utilizzate batterie
al piombo (lead acid) con durata fino a 15 anni.

                    Image: Worradmu / FreeDigitalPhotos.net

                                                              GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI      13
                                                                               

     Rilevanza
              economica e                                                            

     ambientale

    La capacità fotovoltaica installata a livello globale                                  Di questa capacità, circa il 70% è installata in
    è cresciuta in modo estremamente rapido negli                                          Europa. In ambito europeo la Germania detiene
    ultimi anni, superando i 22 GW nel 2009 come                                           lo share principale, mentre il mercato italiano, in
    illustrato nel grafico seguente (fonte: EPIA 2010).                                    forte espansione, ha raggiunto il 10%.

                  25.000

                  20.000
                                                                                                                              Cina
                  15.000
                                                                                                                              USA

                  10.000                                                                                                      Resto del Mondo
                                                                                                                              Giappone
                   5.000                                                                                                      Europa

                      0
                           2000     2001        2002       2003         2004   2005       2006   2007   2008   2009

                                           Evoluzione della capacità installata (fonte: EPIA)

                                                                    1%   1%
                                                            0,5%                                                 Germania
                                                       2%                2%
                                                                   2%                                            Italia
                                                                                                                 Repubblica Ceca
                                                      7%
                                                                                                                 Belgio
                                                                                                                 Francia
                                                                                                                 Spagna
                                            7%
                                    1%                                                                           Grecia
                                   0,5%                                                                          Portogallo
                            0,5%
                                   1%                                                                            Resto EU
                                           3%                                                    53%             Giappone
                                                                                                                 USA
                                           4%
                                                                                                                 Cina

                                                 6%                                                              India
                                                                                                                 Corea Sud
                                                                                                                 Canada
                                                            10%
                                                                                                                 Australia
                                                                                                                 Resto del Mondo

                                   Mercato mondiale del fotovoltaico nel 2009 (fonte: EPIA)

                                                                               GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                   14
Nel corso del 2010 la tendenza si è ulteriormente                 La quota di mercato è passata dal 90% nel 2000 a
consolidata e la capacità installata ha raggiunto i               circa l’80% nel 2010 per scendere fino al 61% nel
36 GW, compiendo un balzo in avanti pari al 67%                   2020.
rispetto al 2009 (dati provvisori EPIA).
                                                                  Il mercato è equamente suddiviso tra moduli
In termini di peso, l’installato 2009 corrisponde a               mono e poli-cristallini, anche se quest’ultima
circa 2÷2,2 milioni di tonnellate di soli moduli.                 tecnologia ha manifestato la maggiore crescita
                                                                  negli ultimi anni.
In termini di applicazioni, nel corso del 2009 sono
stati superati i 2 milioni di installazioni.                      I moduli thin film rappresentano la quota di
                                                                  mercato con le dinamiche di crescita più rapide
Il problema del fine vita degli impianti fotovoltaici             (20% nel 2010, 39% nel 2020).
risulta quindi di grande attualità a livello globale
e di particolare rilevanza a livello europeo e per il             Tra di essi le celle CdTe rappresentano la seconda
nostro paese.                                                     tecnologia più diffusa nel 2010 (18%).

Una rilevanza che riguarda aspetti sia economici                  In rapida crescita sono i moduli CIGS la cui quota
che ambientali, dati i quantitativi di materiali                  di mercato è attesa pari a quelli dei moduli CdTe
coinvolti.                                                        nel 2020.

Inoltre l’estrema numerosità delle applicazioni
mentre da un lato rappresenta una valenza molto
positiva in termini di partecipazione e                           Stima della capacità da dismettere
decentralizzazione energetica, dall’altro rende la
gestione del fine vita particolarmente complessa                  I rifiuti generati dall’industria fotovoltaica sono
in termini organizzativi.                                         direttamente correlati alla crescita del mercato.

                                                                  Le quantità da trattare negli anni a venire
                                                                  saranno influenzate in primis dai seguenti fattori:
Rilevanza delle diverse tecnologie
                                                                    volumi prodotti
Il silicio cristallino è di gran lunga la tecnologia                peso specifico dei moduli per kWp
più diffusa e tale rimarrà nei prossimi dieci anni                  incidenza degli scarti di processo
come illustrato nel seguente grafico di evoluzione                  incidenza dei rifiuti prematuri generati
storica del mercato.                                                 durante trasporto e installazione
                                                                    incidenza delle rotture premature in uso
 100%
  90%
                                                                    durata della vita utile.
  80%
  70%
                                           Tecnologie emergenti
  60%
                                           CIGS
  50%
                                           CdTe
                                                                  Il trend evolutivo dell’installato ha manifestato
  40%
  30%
                                           a-Si                   un’impennata a partire dai primi anni 2000.
                                           c-Si
  20%
  10%                                                             Considerata una vita media di 20-25 anni è
   0%                                                             prevedibile che la gestione della dismissione degli
        1980   1990   2000   2010   2020
                                                                  impianti diventi un tema rilevante su larga scala a
                                                                  partire dal 2020-2025.
    Share tecnologie fotovoltaiche (fonte: EPIA)
                                                                  Nel 2008 i moduli dismessi in Europa hanno
                                                                  raggiunto 3.800t, un quantitativo ancora limitato.

                                                            GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI      15
Il trend atteso è che tale cifra raddoppi ogni anno               Materiali e loro valore
raggiungendo le 35.000t nel 2020 come indicato
nella tabella seguente (fonte: Ökopol 2007).                      Tra i componenti degli impianti fotovoltaici i
                                                                  materiali di maggior valore sono i semiconduttori
                                                                  contenuti nelle celle, l’alluminio contenuto nei
                                                                  telai e nei supporti e il vetro.
Capacità da
                        in MW                 in t
dismettere                                                        Il silicio è il secondo materiale più abbondante
2008                    50,8                 3.807                sulla crosta terrestre.

2009                    68,6                 5.146                Secondo diversi studi costituisce dal 55% al 59%
                                                                  della crosta terrestre, e dal 44% al 48% del manto
2010                    103,7                7.774                superiore. In natura non si trova allo stato puro,
                                                                  ma sotto forma di silicati e composti vari, in
2011                    101,2                7.591
                                                                  primis la silice (SiO2).
2012                    124,9                9.364
                                                                  I materiali utilizzati come semi-conduttori nei
2013                    152,5               11.439                moduli thin film sono molto meno abbondanti.

2014                    184,9               13.866                    1000000

                                                                                     World primary                                                        Fe
                                                                       100000
2015                    222,7               16.706                                   refinery production
                                                                                     [g/cpita/yr]
                                                                        10000                                                                             Al
                                                                                                                                Cu
                                                                                                                              Pb              Zn               Si
2020                     472                35.397                       1000
                                                                                                                                         Ni
                                                                          100
                                                                                                                                          V
2030                    1170                132.750                        10                                   Cd
                                                                                                                               Li
                                                                                                                                    Co

                                                                                                           Ag
                                                                            1
                                                                                             Au
                                                                                                                Se
                                                                          0,1                              In
                                                                                        Pt                                    Ga
                                                                                                  Te                   Ge
                                                                         0,01
La capacità da dismettere sarà costituita in larga                      0,001
                                                                                 Ru

prevalenza da moduli in silicio (77% in peso nel                           0,00001           0,001               0,1           10                  1000    100000
                                                                                                       Average abundance in continental crust [ppm]
2020 a decrescere fino al 34% nel 2030).

Lo share dei moduli thin film da dismettere è                       Disponibilità materiali semiconduttori (fonte: BNL)
stimato pari al 22% del totale nel 2020, con un
trend a salire fino al 33% nel 2030.

                                                                  Il Tellurio è un metallo che viene estratto come
Capacità MW      c-Si           Thin film      Em. Tech
                                                                  sottoprodotto della lavorazione di minerali vari,
2010             82,8             18,7               2,2          tra cui rame (in grande prevalenza), piombo, oro
                                                                  e bismuto.
2020            339,8             99,1               33,0
                                                                  L’Indio è un metallo che viene estratto come
2030            601,8            584,1           584,1            sottoprodotto della lavorazione dello zinco.

Capacità t       c-Si           Thin film      Em. Tech           Le dinamiche di crescita della loro applicazione
                                                                  fotovoltaica potrebbe essere condizionata dalle
2010            6.219            1.399               122          dinamiche di domanda e offerta determinate da
                                                                  altri settori (ad esempio la domanda attuale di
2020            25.486           7.433               155
                                                                  Indio è per l’85% determinata dall’industria dei
2030            45.135          43.808          43.808            cristalli liquidi).

                                                            GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                                                          16
Prezzi medi delle materie prime                                   Lo studio si basa su un modello di riciclo al
                              Tellurio (99,95%) e Indio (99,97%)                                 termine di una vita utile di 30 anni, con un tasso
             900
      USD/kg 800               Te                                                                di perdita del 10% nella fase di raccolta e del 10%
             700               In                                                                nella fase di riciclo vera e propria.
             600
             500
             400                                                                                 Lo scenario most likely si differenzia da quello
             300                                                                                 conservativo nella più rapida curva di evoluzione
             200
             100
                                                                                                 delle tecnologie, come indicato nella tabella
                0                                                                                seguente:
                       2001       2002     2003    2004     2005        2006

        Trend prezzi delle materie prime (fonte: USGS)
                                                                                                Efficienza dei
                                                                                                                 CdTe          CIGS         a-Si-Ge
                                                                                                moduli 2020
                                                                                                Conservative     12,3%         14%            9%
    L’efficienza produttiva dei moduli e il riciclo dei
    materiali possono influenzare in modo rilevante                                             Most likely      13,2%        15,9%          9,7%
    la disponibilità delle materie prime, come
    illustrato dai grafici seguenti tratti da uno studio                                        Rif. 2008        10,8%        11,2%          6,7%
    del Brookhaven National Laboratory1, in cui sono                                            Spessore del
    rappresentati due scenari.                                                                                   CdTe          CIGS         a-Si-Ge
                                                                                                layer 2020
                                                                                                Conservative     2,5 m       1,2m        1,2m
                              Tellurium availability [t/yr]
      6000
                                                                                                Most likely      1,5m        1m         1,1m
      5000

      4000                                                         Conservative scenario        Rif. 2008        3,3m       1,6m        1,2m
                                                                   Conservative scenario
      3000                                                         with recycling
                                                                   Most likely scenario
      2000
                                                                   Most likely scenario with
      1000                                                         recycling

                                                                                                 Materiali pericolosi
         0
         2000       2020   2040     2060    2080   2100
                                                                                                 Nella gestione del fine vita dei moduli particolare
                                                                                                 attenzione deve essere prestata alla presenza di
                               Indium availability [t/yr]
                                                                                                 materiali come cadmio, piombo e selenio, la cui
      1200
                                                                                                 presenza in discarica è regolata da specifiche
      1000                                                                                       disposizioni.
                                                                   Conservative scenario
       800
                                                                                                 Di tali materiali il più importante in termini
                                                                   Conservative scenario
       600                                                         with recycling                quantitativi è il cadmio.
                                                                   Most likely scenario
       400
                                                                   Most likely scenario with
       200                                                         recycling

         0
                                                                                                 Cadmio
         2000       2020   2040     2060    2080   2100
                                                                                                 Il cadmio rappresenta uno dei componenti critici
                                                                                                 della filiera fotovoltaica per la sua potenziale
         Disponibilità di Te e In (fonte: Ftenakis - BNL)
                                                                                                 tossicità, specie se soggetto a dissoluzione
                                                                                                 incontrollata in discarica che potrebbe inquinare
                                                                                                 le falde.
1
    Ftenakis, Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2009

                                                                                           GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI       17
È un sottoprodotto della produzione di zinco e                  Attraverso il riciclo dei moduli tale rischio viene
quindi è disponibile in grandi quantità.                        completamente risolto.

Il cadmio non utilizzato viene cementato e                      Diversi studi riportano emissioni atmosferiche di
sotterrato per un utilizzo futuro oppure conferito              Cd pari a 0,02 g/GWh di elettricità prodotta
in discarica come rifiuto pericoloso.                           durante tutto il ciclo di vita, un quantitativo
                                                                estremamente basso.
L’impiego nell’industria fotovoltaica costituisce
quindi uno dei suoi possibili utilizzi in alternativa
al trattamento come rifiuto.
                                                                Trend di riduzione dei consumi di materiali
Essendo completamente incapsulato sotto forma
di CdTe tale applicazione risulta particolarmente               Grazie allo sviluppo tecnologico, l’efficienza dei
sicura.                                                         moduli fotovoltaici è notevolmente cresciuta
                                                                negli ultimi anni raggiungendo picchi del 19,5%.
Per quanto riguarda il fine vita il rischio eventuale
risiede nella possibilità di rilascio di cadmio per             L’aumento dell’efficienza determina un minore
effetto di dissoluzione in discarica e conseguente              consumo di materiali a parità di kWh prodotti e
contaminazione delle falde.                                     di conseguenza un minore consumo di materie
                                                                prime e di materiale da dismettere a fine vita.

                                                                Un altro trend che impatta sul consumo di
Dissoluzione in discarica                                       materiali è la riduzione dello spessore delle celle
                                                                che è l’obiettivo degli attuali sviluppi di mercato.
La dissoluzione dei metalli in discarica viene
caratterizzata attraverso test di diluizione come il TCLP       Nel caso del silicio tale riduzione riguarda lo
(Toxicity Characterization Leachate Profile) utilizzato         spessore dei wafer (figura seguente), nel caso dei
in USA oppure il DEV S4 (Deutsches Einheitsver-fahren)
                                                                thin film lo spessore dello strato.
utilizzato in Germania.

Entrambi i protocolli prevedono prove su campioni di
piccole dimensioni (
Nel caso di applicazioni in paesi ad irraggiamento                                       Il riciclo degli impianti a fine vita rappresenta
solare particolarmente elevato l’EPBT può                                                un’opportunità per migliorare ulteriormente
scendere fino a 6 mesi.                                                                  l’impatto della generazione fotovoltaica sulla
                                                                                         sostenibilità del sistema energetico.
Il riciclo dei materiali ha un impatto ulteriore
positivo sull’impronta ambientale, che è già
particolarmente buona in rapporto ad altre
tecnologie di generazione.                                                               Situazione e rilevanza in Italia

                                                                                         La capacità installata in Italia ha superato 3,5 GW
                                                                                         con un balzo straordinario di 2,3 GW nel corso
Impatto sulle emissioni di CO2                                                           del solo 2010.

Le emissioni di CO2 generate dal fotovoltaico                                            L’entità reale di tale quantitativo può essere
durante il ciclo di vita (produzione, installazione,                                     compresa considerando che rappresenta circa il
manutenzione e dismissione) sono comprese tra                                            15% di tutta la nuova capacità installata a livello
15 e 35 g per kWh.                                                                       globale nel 2010 e circa il 10% della capacità
                                                                                         installata in Europa fino al 2009.
I valori superiori corrispondono ai moduli in
silicio, quelli inferiori ai moduli thin film.

Durante la vita utile i moduli non emettono CO2                                            4.000.000
                                                                                                                                                   3.456.137
e pertanto gran parte di tali emissioni derivano                                           3.500.000

dalla fase di produzione.                                                                  3.000.000

                                                                                           2.500.000
La produzione globale di energia fotovoltaica ha                                           2.000.000
raggiunto nel 2009 il valore di 32 TWh, una                                                1.500.000
                                                                                                                                       1.135.204
quantità di energia sufficiente a coprire il                                               1.000.000
fabbisogno della Grecia.                                                                    500.000                          417.948
                                                                                                          9.436    79.512
                                                                                                  0
In termini di emissioni evitate la produzione 2009                                                         2006     2007      2008       2009        2010
corrisponde a una riduzione di circa 19 MtCO2
(facendo riferimento a un mix energetico in cui                                                        Trend capacità istallata in Italia (kW)
l’intensità delle emissioni è pari a 600 g/kWh).

Nel grafico seguente è rappresentato il trend di
evoluzione delle emissioni evitate di CO2 a livello                                      In termini di massa, la capacità installata in Italia
globale, annue e cumulate a partire dal 2003.                                            corrisponde a circa 345.000 tonnellate di soli
                                                                                         moduli, utilizzando come peso “specifico” di
                                                                                         riferimento circa 100t/MW.
         140                                                        1400
 MtCO2                                                                     MtCO2
         120                 Riduzione CO2                          1200
                             Riduzione CO2 cumulata
         100                                                        1000
                                                                                         La produzione lorda ha raggiunto 1.736 GWh nel
          80                                                        800

          60                                                        600
                                                                                         2010, con un impatto in termini di emissioni
          40                                                        400
                                                                                         evitate pari a circa 842.000 tonnellate (riferite a
          20                                                        200
                                                                                         un mix energetico in cui l’intensità delle emissioni
           0                                                        0                    è pari a 485 g/kWh).
               2008   2009       2010        2015     2020   2030

   Evoluzione delle emissioni di CO2 (Fonte: EPIA)

                                                                                   GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                     19
2000                                                                                                    Tale caratteristica risulta favorevole nell’ottica
 1800                                                                                 1736
                                                                                                         del riciclo, in quanto concentra la massa installata
 1600
 1400                                                                                                    in un numero relativamente ridotto di siti e
 1200                                                                                                    quindi riduce complessità e costi della logistica
 1000                                                                                                    per il ritiro a fine vita.
  800                                                              699
  600
  400
                                                                                                         Un altro dato favorevole in termini logistici
                                                  198
  200                              41
                                                                                                         dell’installato attuale è la concentrazione di oltre
                2
    0                                                                                                    il 58% della capacità in cinque regioni (Puglia,
               2006               2007            2008         2009                   2010
                                                                                                         Lombardia, Emilia Romagna, Veneto e Piemonte)
                                                                                                         di cui quattro territorialmente limitrofe.
Trend produzione lorda fotovoltaica in Italia (GWh)

La capacità complessiva risulta installata in larga                                                                                           > 500 MW
prevalenza in impianti di taglia medio-grande                                                                                                 250-500 MW
(56% della capacità è installata in 2.286 impianti                                                                                            100-250 MW
di potenza superiore a 200 kW), una tipologia                                                                                                 < 100 MW
corrispondente ad installazioni a terra oppure su
tetti di fabbricati industriali.

                                        178.306
           758.150
                                                    688.870

                                                                                                         Mappa della capacità in esercizio (Febbraio 2011)
                                                                         Classe 1 da 1 a 3 kW
                                                         761.275
                                                                         Classe 2 da 3 a 20 kW
   1.343.427
                                                                         Classe 3 da 20 a 200 kW
                                                                         Classe 4 da 200 a 1000 kW
                                                                         Classe 5 oltre 1000 kW

          Capacità installata per classe di potenza

                                 235
                         2.051
                10.833

                                                    65.610

                                                                    Classe 1 da 1 a 3 kW

                                                                    Classe 2 da 3 a 20 kW
 89.534
                                                                    Classe 3 da 20 a 200 kW

                                                                    Classe 4 da 200 a 1000 kW

                                                                    Classe 5 oltre 1000 kW

          Numero di impianti per classe di potenza

                                                                                                   GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI          20
                                                          

     Riciclo
            o rifiuto ?                                       

    Il riciclo dei moduli fotovoltaici a fine vita non è           Tali materiali sono regolamentati in Europa
    affatto una soluzione scontata, anche se si può                dalla normativa RoHS (paragrafo successivo),
    immaginare che una loro gestione come rifiuti e                ma non sono ancora regolamentati negli altri
    un conferimento dei componenti esausti nelle                   mercati, USA in primis.
    discariche e negli inceneritori comporterebbe
    nuove preoccupazioni ambientali e ulteriori                     Piombo: è utilizzato nei circuiti elettronici
    carichi su strutture già critiche.                               per circuiti, contatti saldati e paste di
                                                                     stampaggio.
    Come altri rifiuti dell’industria elettronica, i
                                                                      È un materiale tossico che si accumula nelle
    moduli fotovoltaici avranno un impatto tossico
                                                                      discariche e può colare verso le falde
    se conferiti in discariche, in quanto i materiali
                                                                      inquinando l’acqua potabile.
    che essi contengono possono colare nel terreno
    e nelle falde acquifere.                                          Può essere eliminato dal prodotto
                                                                      sostituendolo con stagno, argento o rame.
    Se conferiti ad inceneritori possono rilasciare
    emissioni tossiche in aria.                                     Bromurati ritardanti di fiamma (BFR),
                                                                     bifenil polibromurati (PBB), difenil-etere
    Al fine di evitare il ripetersi di esperienze                    polibromurati (PBDE): sono additivati alle
    negative già vissute per i rifiuti elettronici,                  plastiche per renderle meno infiammabili.
    smaltiti in molti casi senza controlli in paesi non
    regolamentati, diventa essenziale regolare e                      Sotto l’azione del calore i bromuri vengono
    organizzare la gestione del fine vita dei moduli.                 rilasciati dalla plastica e rallentano la
                                                                      combustione.
    Attraverso il modello della responsabilità estesa
    dei produttori è necessario assicurare che i                      Sono presenti in schede elettroniche e
    moduli non finiscano nei processi di                              inverter e, a causa dell’enorme diffusione dei
    smaltimento, ma, al contrario, vengano trattati                   componenti elettronici, la loro presenza
    attraverso una filiera di recupero e di riciclo                   nell’ambiente è diventata pervasiva.
    specifica e sicura.
                                                                      I PBDE tendono ad accumularsi nei tessuti
                                                                      adiposi e sono classificati come tossici e
    Nel seguito vengono illustrati i fattori di rischio
                                                                      cancerogeni.
    derivanti dal fine vita dei principali componenti
    dei moduli fotovoltaici.
                                                                    Cromo esavalente: è utilizzato in molti
                                                                     moduli come rivestimento per assorbire la
                                                                     radiazione solare ed è presente in viti e telai
    Componenti elettronici                                           di circuiti stampati. È notoriamente
                                                                     cancerogeno.
    I moduli contengono componenti elettronici e,
    di conseguenza, materiali pericolosi tipici quali
    piombo, cadmio, bromurati ritardanti di
    fiamma, cromo.

                                                           GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI      21
Silicio cristallino                                            su polmoni, fegato, sistema immunitario e
                                                               sistema sanguigno.
Se prodotti al di fuori dell’Europa i moduli in
silicio cristallino possono contenere alcuni dei
materiali precedentemente elencati.
                                                               Tecnologie emergenti
Se i moduli sono prodotti in USA le percentuali
rientrano comunque nei limiti regolamentati                    Molte delle tecnologie emergenti non sono
dall’EPA (Environmental Protection Agency).                    ancora state analizzate.

                                                               Alcune di esse sono realizzate attraverso la
                                                               combinazione di semiconduttori esistenti e
Tellururo di cadmio (CdTe)                                     quindi si ricollegano alle problematiche già
                                                               esaminate.
La tossicità del CdTe non è stata ancora chiarita.
                                                               Le celle dye-sensitized sono basate su una
Viene ritenuta inferiore a quella degli idrossidi              combinazione di biossido di titanio (che non è
di cadmio contenuti nelle batterie NiCd essendo                tossico) e di vari tipi di tinture, la cui tossicità
il CdTe meno solubile in acqua.                                non è al momento stabilita.

Diversi studi sono ancora in corso per stabilire               Particolare attenzione andrà dedicata ai rischi
se il CdTe supera i test di dissoluzione TCLP                  legati all’impiego di nano-materiali, in quanto
(USA) oppure DEV64 (Germania) descritti nella                  materiali classificati non pericolosi possono
sezione precedente.                                            diventarlo se le caratteristiche bioaccumulative
                                                               o tossiche cambiano scendendo alla scala nano.
In assenza di un processo specifico di riciclo, i
moduli CdTe sarebbero conferiti a fonditori che
li tratterebbero alla stregua dei tubi catodici,
delle lampade fluorescenti e delle batterie.                   Legislazione e regolamenti in Europa

                                                               In Europa non esistono regolamenti specifici
                                                               relativi al fine vita dei moduli fotovoltaici.
CIS e CIGS
                                                               A partire da febbraio 2003 sono state approvate
Il selenio è una sostanza regolata che si                      le direttive WEEE (Waste Electrical & Electronic
accumula nella catena alimentare e forma                       Equipment) e RoHS (Restriction of Hazardous
composti come il seleniuro di idrogeno, che è                  Substances).
classificato altamente tossico e cancerogeno.
                                                               Entrambe le direttive sono finalizzate a
Il gallio ha un livello inferiore di tossicità.                minimizzare la quantità di rifiuti elettrici ed
                                                               elettronici conferiti in discarica e agli
Sia i moduli CIS che CIGS possono contenere                    inceneritori.
quantità di solfuro e tellururo di cadmio la cui
tossicità è già stata discussa.                                La direttiva RoHS impone che i prodotti venduti
                                                               in Europa devono contenere frazioni minime
                                                               (inferiori allo 0,1%) di piombo, cromo, difenil
                                                               polibromurato/PBB, difenil-etere polibromurato
Arseniuro di gallio                                            /PBDE e frazioni ancora inferiori (0,01%) di
                                                               cadmio.
I dati tossicologici, tuttora molto scarsi, indicano
un potenziale impatto sull’uomo e in particolare

                                                       GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI         22
La direttiva WEEE introduce il modello della                    elettronici che utilizzano gli stessi materiali
    responsabilità estesa dei produttori che include                pericolosi.
    la progettazione orientata al riciclo, la
    responsabilità finanziaria e organizzativa per la
    raccolta e il riciclo e l’etichettatura.
                                                                    Gestione integrata del fine vita
    Nessuna delle due direttive riguarda in modo
    specifico il fotovoltaico, anche se l’inclusione                La prevenzione dei rifiuti è solo uno degli
    nella WEEE è oggetto di approfondimenti.                        aspetti di una strategia integrata volta ad
                                                                    assicurare un uso sostenibile delle risorse.
    La creazione di accordi volontari per il recupero
    e riciclo dei moduli, come quelli promossi                      L’utilizzo dei rifiuti come risorsa attraverso il
    dall’associazione PV CYCLE descritti nel seguito,               riciclo è una possibilità che va correttamente
    potrebbero raggiungere risultati analoghi                       valutata sia in termini di potenziale risparmio di
    oppure addirittura superiori.                                   risorse primarie, sia in termini di impatto al fine
                                                                    di stabilire se esso costituisce un miglioramento
                                                                    effettivo rispetto all’uso diretto delle risorse.

    Legislazione e regolamenti in USA                               Tali concetti fanno parte integrante delle
                                                                    politiche europee sui rifiuti3, che si articolano in
    I moduli sono soggetti alle normative relative                  due fasi.
    alle sostanze pericolose2 solamente se i
    materiali utilizzati dai produttori rientrano tra               La prima fase prevede il rafforzamento dei
    quelli classificati come pericolosi dall’EPA.                   regolamenti esistenti, rendendoli più semplici
                                                                    ed efficaci e sostenendoli attraverso strumenti
    I moduli dismessi o difettosi sono classificati                 di natura economica come tasse sul
    come rifiuti pericolosi se non superano i test di               conferimento dei rifiuti e un crescente uso di
    dissoluzione TCLP fissati dall’EPA.                             norme e standard.

    In tale caso il fine vita dei moduli viene regolato             La seconda fase prevede la verifica della
    dal Resource Conservation and Recovery Act                      necessità di ulteriori misure e, soprattutto, il
    (RCRA) a livello federale e da leggi specifiche a               superamento dei confini nazionali al fine di
    livello di stati come il California Hazardous                   evitare      sperequazioni   e    massimizzare
    Waste Control Law (HWCL), che regolamentano                     l’efficienza.
    tutte le fasi di spostamento, riciclo, riuso,
    immagazzinamento,trattamento e smaltimento.

    Ad oggi diversi stati hanno approvato leggi in
    merito alla responsabilità estesa dei produttori.

    In California, ad esempio, è stata introdotta a
    partire dal 2003 una tassa di smaltimento
    compresa tra $6 e $10 che si aggiunge al prezzo
    di acquisto di monitor e televisioni e che serve a
    finanziare la raccolta e riciclo a fine vita.

    Ad oggi i moduli fotovoltaici non sono inclusi
    anche se vi rientrano diversi componenti

2                                                               3
  Emergency Planning and Community Right-to-Know Act,             “Moving closer to a recycling society”, Stakeholders
introdotto a livello federale dal 1986                          meeting, January 2006

                                                          GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI           23
                                                           

     Modelli
            di riciclo                                         

    La dismissione dei moduli fotovoltaici a fine vita              Nel caso dei moduli fotovoltaici la situazione è
    diventerà un tema attuale su larga scala nel giro               particolarmente complicata a causa della
    di dieci-quindici anni, considerando che i primi                dispersione geografica dei moduli sul territorio,
    impianti sono stati realizzati negli anni 90 e che la           della bassa concentrazione di materiali pregiati e
    vita media degli impianti si attesta sui 25-30 anni.            del lungo lasso di tempo tra le fasi di installazione
                                                                    e dismissione che può arrivare a 30 anni.
    In questo lasso di tempo industria e istituzioni
    devono sviluppare e mettere in atto soluzioni                   In tale scenario l’Europa sta svolgendo un ruolo
    tecnologiche, organizzative e normative idonee a                attivo di precursore, avendo avviato le prime
    gestire il problema, preservando l’impronta                     ricerche sul tema del riciclo a partire dagli anni
    ambientale positiva dell’energia fotovoltaica in                ’90 e vantando l’esperienza attualmente più
    tutte le fasi del ciclo di vita.                                avanzata a livello globale, quella promossa e
                                                                    sviluppata dall’associazione PV CYCLE.
    I moduli fotovoltaici sono costituiti da materiali
    come il vetro, l’alluminio e diversi semiconduttori
    che, se riciclati in modo opportuno, possono
    essere riutilizzati per realizzare nuovi moduli                 Modelli di business
    fotovoltaici oppure altri prodotti.
                                                                    Il modello attraverso il quale il riciclo a fine vita
    Il riciclo dei moduli è positivo per l’ambiente non             sarà organizzato negli anni a venire potrebbe
    solo perché reduce il volume dei residui, ma                    variare a seconda del tipo di installazione (piccoli
    anche perché riduce l’intensità energetica e                    impianti oppure su scala utility) e da mercato a
    l’impatto ambientale del fotovoltaico, riducendo                mercato.
    l’energia necessaria a produrre i materiali e i
    semilavorati di partenza.                                       A titolo di esempio mentre in Italia le installazioni
                                                                    sono prevalentemente concentrate in impianti di
    Per contro il riciclo dei moduli a fine vita è un               taglia media-grande, in Francia si registra una
    processo piuttosto complesso la cui applicazione                netta prevalenza degli impianti integrati negli
    è condizionata da fattori economici.                            edifici, mentre in Spagna prevalgono gli impianti
                                                                    installati a terra.
    Esso richiede infatti una filiera complessa di
    operazioni specialistiche tra cui raccolta dei                                                Tipo di applicazione
    moduli, cessione e/o riacquisto, trasporto e                    Segmento di                     Integrata su
                                                                                       Su tetto                      A terra
                                                                    mercato                       facciata /tetto
    operazioni varie di trattamento, conferimento dei
                                                                    Residenziale
    materiali riciclati e dei residui.                                                                 
                                                                    < 10 kWp
                                                                    Commerciale
    Anche materiali di valore e facilmente riciclabili                                                 
                                                                    10-100 kWp
    come l’alluminio spesso registrano tassi di riciclo             Industriale
                                                                                                                      
    inferiori alle attese a causa delle difficoltà della            100-1000 kWp
                                                                    Utility
    filiera di raccolta.                                                                                               
                                                                    > 1 MWp

                                                        GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                 24
Queste differenziazioni sono frutto delle                  Nel caso dei piccoli impianti la responsabilità
condizioni di mercato, ma anche delle politiche di         della raccolta e riciclo dei moduli deve essere dei
incentivazione che remunerano in maniera                   produttori.
differente le diverse tipologie di impianto.
                                                           Essi devono organizzare la filiera di riacquisto,
                                                           raccolta, consolidamento e trasporto dei moduli
                                                           da conferire a smantellatori e riciclatori.
Sono possibili differenti modelli di business per il
recupero e il riciclo dei moduli a fine vita.              La raccolta peraltro non può essere effettuata on
                                                           demand in modo economico, stante la piccola
Nel caso dei grandi impianti, i responsabili della         dimensione e la dispersione degli impianti.
dismissione e conferimento dei moduli sono in
genere i proprietari stessi.                               Nel modello di filiera vanno pertanto previsti
                                                           operatori che consolidano partite di moduli
Se tali impianti appartengono a utility elettriche         provenienti da centri di raccolta territoriali (es.
la gestione del fine vita può rientrare nei processi       provinciali) o da singoli soggetti industriali o del
operativi interni ed i relativi costi di servizio          terziario.
possono essere inglobati nelle tariffe.

Se invece gli impianti appartengono ad aziende,
pubbliche amministrazioni o soggetti privati, la                        Ordine di raccolta   Fonti di moduli a
                                                                                                 fine vita
loro gestione operativa (manutenzione) è in                                                                        Trasporto
genere delegata ad aziende di servizio che hanno
la possibilità di gestire anche le fasi di dismissione                                           Stoccaggi
e riciclo.                                                                                      intermedi
                                                                                                                   Trasporto
                                                               Operatore
                                                               del sistema
La raccolta dei moduli dismessi avviene a seguito               logistico
di ordini individuali. A seconda della dimensione                                            Impianti di riciclo
dell’impianto dismesso, i moduli possono essere                                                                    Trasporto
indirizzati a un centro intermedio di raccolta
oppure direttamente all’impianto di trattamento              Rendicontazione
                                                                                               Produttori di
                                                              attività e costi
nel caso di partite molto grandi.                                                                 moduli

Il modello in cui la raccolta è un’attività in carico                Schema operativo del modello di riciclo
al proprietario dei rifiuti (“bring in”), che ha la
responsabilità di conferirli al riciclatore, si
dimostra in genere meno efficace del modello
                                                           La filiera del riciclo pone quindi un problema di
“pick up”, in cui esiste un sistema organizzato di
                                                           definizione del modello operativo le cui opzioni
servizio che si occupa di raccogliere il rifiuto nel
luogo in cui si genera.                                    fondamentali sono:

In genere il modello “pick up” implica costi più             centralizzazione/decentralizzazione
elevati, ma l’entità effettiva dipende in maniera            numerosità e localizzazione dei centri di
determinante dalla logistica.                                 raccolta e consolidamento
                                                             logistica/trasporto dei materiali
L’accordo volontario di recupero da parte dei                collegamento con i mercati di sbocco.
produttori, coordinato e organizzato a livello
centrale come nel modello PV CYCLE, appare la
soluzione più efficace.
                                                           La scelta e il dimensionamento della soluzione
                                                           operativa sono strettamente legati alla quantità

                                                     GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                      25
delle partite da trattare e alla fluttuazione dei                Un altro aspetto da considerare è la numerosità
    prezzi di tutti i beni coinvolti, in particolare dei             dei players attivi sul mercato, che dovrebbero
    materiali da riciclare.                                          essere i futuri protagonisti del processo di riciclo.

    Caso per caso è necessario risolvere un problema                 Per quanto riguarda i moduli in silicio il mercato
    di ottimizzazione della reverse logistics, trovando              registra la presenza di numerosi players, con un
    il giusto trade-off tra numero e capacità degli                  trend a decrescere a seguito di processi di
    impianti (investimento) e caratteristiche di                     concentrazione.
    mercato e geografiche (costi operativi).

    I fattori da ottimizzare sono:
                                                                                  Silicio        Lingotti     Celle      Moduli
     quantitativi da trasportare da ogni sito                                                   wafer
     distanza tra siti di raccolta e siti di riciclo                N° aziende
                                                                                     75             208           239      988
     costi della logistica inversa (personale, servizi)             nel 2009

     costi di trasporto (combustibile, tipo e
                                                                        Catena del valore moduli in silicio (fonte: EPIA)
      capacità del mezzo di trasporto)
     capacità operativa degli impianti
     costo di investimento per aprire un impianto
      di riciclo.                                                    Per quanto riguarda il mercato dei thin film i
                                                                     players sono verticalizzati e meno numerosi,
                                                                     specie per quanto riguarda la tecnologia CdTe
    Uno studio recente4 ha illustrato i risultati di                 che è la più diffusa sul mercato.
    un’analisi condotta nella Germania nord-
    orientale relativa al riciclo dei moduli di silicio
    cristallino.

    Il modello operativo analizzato era quello di                    Tecnologia           CdTe       a-Si, a-Si/-Si    CI(G)S
    realizzare i siti di riciclo presso gli stabilimenti dei         N° aziende
    produttori, in gran parte localizzati nella regione                                     4               131          30
                                                                     nel 2009
    (16 impianti).

    Nella tabella seguente sono indicati i valori                         Produttori di moduli thin film (fonte: EPIA)
    relativi a tre degli scenari analizzati, allo scopo di
    evidenziare il trade-off tra i fattori di scala e la
    logistica di conferimento. I prezzi sono in dollari e
    il costo operativo è il valore cumulato su cinque                Allo stato attuale il modello più avanzato per
    anni (2010-2015).                                                organizzare la filiera del riciclo è quello proposto
                                                                     dall’associazione PV CYCLE.

                                    Costo
     Soluzione     Investimento                 Costo totale
                                  operativo                          PV CYCLE
    1 Impianto      USD 586k      USD 1.529k    USD 2.115k
    2 Impianti      USD 1.126k     USD 943k     USD 2.069K           Nel 2007 l’agenzia tedesca BSW per l’energia
                                                                     rinnovabile e l’EPIA hanno commissionato uno
    3 Impianti      USD 1.079k     USD 583K     USD 1.662k

4
  Choi J., Fthenakis V., “Mathematical Modeling for Cost
                                                th
Optimization of PV Recycling Infrastructure”, 25 EUPVSEC
Valencia, Sept. 2010

                                                               GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI                 26
studio5 relativo allo sviluppo di un sistema per la
    raccolta e recupero dei moduli a fine vita.

    Il documento ha costituito il riferimento
    programmatico dell’associazione PV CYCLE, che è
    stata fondata a Bruxelles nel 2007 e raggruppa su
    base volontaria oltre 100 membri che
    rappresentano l’85% del mercato Europeo.

                                                              Il modello della responsabilità estesa viene
                                                              realizzato attraverso lo strumento di un accordo
                                                              volontario o voluntary agreement (VA).

                                                              Accordo volontario

    Scopo dell’associazione è sviluppare un approccio         È una misura attraverso la quale i produttori
                                                              assumono l’impegno di perseguire obiettivi precisi in
    integrato per il fine vita dei moduli e di tutti i
                                                              termini di riciclo dei propri prodotti, anche superiori
    prodotti intermedi della filiera fotovoltaica, quali      alle normative vigenti, e di adottare tutte le misure
    scarti di produzione oppure moduli danneggiati            operative necessarie per raggiungere lo scopo.
    durante le fasi di trasporto e installazione.
                                                              L’accordo volontario è una dichiarazione unilaterale da
    Il modello perseguito è la responsabilità estesa          parte dei soggetti che la sottoscrivono, che li impegna
    del produttore, che riguarda l’intero ciclo di vita       a fare oppure ad omettere determinate azioni.
    del prodotto attuale e di quelli in fase di sviluppo.
                                                              In nessuna circostanza esso vincola terze parti e tanto
                                                              meno le istituzioni che, pertanto, non sono obbligate a
                                                              riconoscerlo formalmente.

                                                              La Commissione Europea riconosce che gli accordi
                                                              volontari sono efficaci al fine di perseguire obiettivi di
                                                              interesse comune rendendo superflue alcune misure
                                                              legislative (auto-regolamentazione).

                                                              Può anche usarli in ottica di co-regolazione, fissando
                                                              obiettivi e strumenti nelle direttive e lasciando alle
                                                              parti la definizione dei percorsi di implementazione.

                                                              Gli accordi volontari coordinati tra Commissione e
                                                              industria devono essere inoltre adattati, se necessario,
                                                              alle normative nazionali, altrimenti potrebbero creare
                                                              conseguenze per alcuni sottoscrittori.

5
  “Study on the development of a take back and recovery
system for photovoltaic products”, November 2007

                                                        GUIDA AL FINE VITA DEGLI IMPIANTI FOTOVOLTAICI             27
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