Soluções fotovoltaicas inovadoras: uma avaliação do ciclo de vida de painéis poliméricos

Neste contexto, o desenvolvimento e a implementação de fontes de energia renovável tornaram-se uma prioridade estratégica para responder simultaneamente a desafios ambientais, económicos e geopolíticos ^[1]. Em 2016, o Acordo de Paris consolidou o compromisso internacional com a redução das emissões de GEE, reforçando a necessidade de uma transição energética sustentável ^[2]. Paralelamente, a instabilidade geopolítica e a crescente preocupação com a segurança energética têm impulsionado o investimento em fontes renováveis, com particular destaque para a energia solar fotovoltaica, que se afirma como uma das tecnologias mais promissoras no atual panorama energético ^[3].

Neste cenário de transição energética, o setor dos edifícios assume um papel fundamental, não apenas como grande consumidor de energia, mas também como potencial produtor descentralizado, promovendo soluções que conciliam eficiência energética, sustentabilidade e integração arquitetónica. A aplicação de sistemas fotovoltaicos integrados nos edifícios tem evoluído do conceito BAPV (Building Attached Photovoltaics), em que os painéis são apenas anexados às superfícies, para os sistemas BIPV (Building Integrated Photovoltaics), que integram a produção de energia a funções construtivas, como isolamento, telhados, fachadas e janelas. Os sistemas BIPV dividem-se em módulos rígidos, mais comuns em superfícies planas e compatíveis com várias tecnologias fotovoltaicas, e módulos flexíveis, normalmente baseados em tecnologias de filme fino e adequados a geometrias complexas. Os módulos BIPV rígidos podem utilizar diferentes tecnologias fotovoltaicas, tanto de primeira quanto de segunda geração, e são apoiados por uma estrutura traseira rígida em materiais como vidro, plástico ou metal. Já os módulos BIPV flexíveis recorrem sobretudo a tecnologias de filme fino, utilizando substratos flexíveis, como filmes poliméricos ou chapas metálicas. Estes sistemas podem ser integrados em diferentes partes dos edifícios, como telhados, fachadas, claraboias e varandas. Apesar das suas vantagens, os BIPV ainda enfrentam desafios, como custos e complexidade de montagem, peso elevado, necessidade de equipas especializadas, riscos de segurança na instalação e limitada flexibilidade em termos de modularidade, cores e design ^[4].

No projeto Solar Sandwich, foi desenvolvido um conceito modular polimérico inovador, mais leve e sustentável, destinado a sistemas BIPV rígidos para fachadas, coberturas, pavimentos e aplicações personalizadas. O conceito aposta em processos de fabrico e montagem eficientes, como in-mold assembly, soluções plug&play e princípios de design para montagem, desmontagem e modularidade. Os principais objetivos incluem a redução de custos através da produção e montagem em fábrica, a melhoria da eficiência energética e da estética dos edifícios, a redução do peso com materiais poliméricos, a adaptação a geometrias complexas com filmes fotovoltaicos, a facilitação da instalação por meio de sistemas de encaixe, a integração por moldação por injeção de insertos e o desenvolvimento de módulos passíveis de otimizações, aumentando o seu tempo de vida útil.

O presente estudo teve como objetivo avaliar o impacte ambiental associado à produção do painel desenvolvido no âmbito do projeto Solar Sandwich, considerando exclusivamente a categoria de impacte aquecimento global, com base na metodologia de Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), bem como estabelecer uma análise comparativa com a produção de um painel baseline de vidro disponível no mercado.

A ACV é uma ferramenta de gestão ambiental que permite avaliar os impactes ambientais de um produto ou processo ao longo de todo o seu ciclo de vida, desde a extração de matérias-primas até ao fim de vida (do berço ao túmulo), em conformidade com as normas ISO 14040 e ISO 14044.

A metodologia compreende quatro fases principais: definição do objetivo e do âmbito, análise de inventário, avaliação dos impactes ambientais e interpretação dos resultados. A fase de definição do objetivo e do âmbito estabelece os objetivos do estudo, a unidade funcional (UF), as fronteiras do sistema e os métodos de avaliação adotados. A análise de inventário consiste na recolha e na quantificação das entradas e saídas relevantes do sistema em estudo. A avaliação dos impactes ambientais incide na análise da significância dos impactes associados ao produto ou processo em estudo. Por fim, a fase de interpretação dos resultados permite consolidar as conclusões do estudo, identificar limitações e incertezas e propor oportunidades de melhoria, assegurando uma comunicação clara e coerente com os objetivos previamente definidos [5-7].

No presente estudo foi realizada uma avaliação de impacte ambiental comparativa entre dois produtos: um painel fotovoltaico inovador, flexível e com estrutura polimérica, desenvolvido no âmbito do projeto, e um produto de referência (baseline), correspondente a um painel fotovoltaico convencional em vidro, comercialmente disponível pela empresa LONGi.

A Unidade Declarada (UD) definida foi a produção de um painel solar com potência de 360 W. Todos os valores e resultados apresentados ao longo do estudo foram alocados à UD por alocação mássica, por meio de uma modelação atribucional. O presente estudo adotou uma abordagem do berço ao portão (cradle-to-gate), abrangendo as etapas desde a extração das matérias-primas até à saída do produto da unidade de produção.

No que respeita à fase de análise de inventário, para a opção de referência (baseline) foi considerado um painel fotovoltaico convencional em vidro da marca LONGi, tendo sido utilizados dados ambientais secundários provenientes da respetiva Declaração Ambiental de Produto (EPD) ^[8], não tendo sido realizado um inventário primário específico. Quanto à solução inovadora, o inventário foi estruturado em dois componentes principais. A célula fotovoltaica corresponde a um painel fotovoltaico flexível da marca Midsummer, cujos dados ambientais foram igualmente obtidos a partir da respetiva EPD ^[9]. A estrutura polimérica do painel inovador foi desenvolvida pelo PIEP em colaboração com a empresa Microplásticos, tendo sido utilizados dados primários fornecidos por esta empresa para a caracterização dos respetivos processos de produção.

A avaliação de impacte ambiental foi conduzida utilizando o software SimaPro, versão 9.6.0.1 (2024), em conjunto com a base de dados Ecoinvent, versão 3.10 (2024). Para a avaliação dos impactes ambientais foi aplicado o método IPCC 2021 GWP100 (incluindo CO₂ uptake), versão 1.03, permitindo a quantificação do potencial de aquecimento global a 100 anos, expresso em kg de CO₂ equivalente (kg CO₂ eq.).

Na Figura 2 é apresentada a comparação entre a solução baseline e a solução inovadora onde se evidenciam as diferenças de impacte ambiental entre ambos os sistemas, permitindo uma visualização clara do desempenho ambiental relativo das duas soluções.

A análise da figura evidencia que a produção do painel Solar Sandwich apresenta uma redução de cerca de 44% no impacte ambiental, expresso em termos de potencial de aquecimento global (kg CO₂ eq.), em comparação com o painel de referência. Enquanto o painel convencional apresenta um valor de 129.6 kg CO₂ eq., o painel Solar Sandwich regista apenas 73.0 kg CO₂ eq., demonstrando um desempenho ambiental substancialmente superior.

Esta diminuição significativa resulta, em grande medida, da diferença na composição dos materiais utilizados em cada solução. Os módulos considerados no painel Solar Sandwich não incluem vidro, estruturas de alumínio nem silício, materiais cuja produção é reconhecidamente intensiva em energia e associada a elevadas emissões de CO₂. A ausência destes componentes contribui, assim, para uma redução direta do impacte ambiental ao longo da fase de produção.

Adicionalmente, a substituição da estrutura de alumínio por uma estrutura polimérica constitui um fator determinante para a melhoria do desempenho ambiental do painel inovador. Para além de implicar uma redução significativa do peso total do painel, esta alteração reduz os impactes associados à extração, transformação e transporte das matérias-primas. Consequentemente, o painel Solar Sandwich apresenta menor pegada de carbono, reforçando seu potencial como solução mais sustentável em relação aos painéis fotovoltaicos convencionais.

O presente estudo demonstrou que o conceito modular polimérico desenvolvido no âmbito do projeto Solar Sandwich apresenta um desempenho ambiental superior ao painel fotovoltaico convencional em vidro, quando avaliado ao nível do impacte de aquecimento global. A redução do impacte está diretamente associada à eliminação de materiais como vidro, alumínio e silício, bem como à utilização de uma estrutura polimérica mais leve, que contribui para uma diminuição do consumo de matérias-primas e das emissões de CO₂ associadas à sua produção.

Além do benefício ambiental, a solução inovadora oferece vantagens adicionais, incluindo menor peso, maior flexibilidade de integração arquitetónica e potencial de modularidade e de atualizações ao longo do ciclo de vida, reforçando a sua adequação a sistemas BIPV. Estes resultados evidenciam o potencial dos módulos fotovoltaicos poliméricos como uma alternativa sustentável e eficiente, alinhada com os objetivos de transição energética e de redução de emissões, contribuindo para edifícios mais sustentáveis e energeticamente autónomos.

Agradecimentos

Trabalho realizado no âmbito do projeto Solar Sandwich foi financiado no programa COMPETE2030-FEDER-00573900 e o acordo de subvenção nº 14380.

Referencias

[1] Sampaio, P. G. V., & González, M. O. A. (2017). Photovoltaic solar energy: Conceptual framework. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 74, 590–601. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.081.

[2] Silva, A. dos S., & Fernandes, J. P. M. (2020). Acordo de Paris 2015–2020. Governo de Portugal. https://www.portugal.gov.pt/pt/gc22/comunicacao/documento?i=acordo-de-paris-2015-2020.

[3] Agathokleous, R. A., & Kalogirou, S. A. (2020). Status, barriers and perspectives of building integrated photovoltaic systems. Energy, 191, 116471. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116471.

[4] Zhang, T., Wang, M., & Yang, H. (2018). A review of the energy performance and life-cycle assessment of building-integrated photovoltaic (BIPV) systems. Energies, 11(11), 3157. https://doi.org/10.3390/en11113157.

[5] Instituto Português da Qualidade. (2008). NP ISO 14040: Gestão ambiental — Avaliação do ciclo de vida — Princípios e enquadramento. IPQ.

[6] Instituto Português da Qualidade. (2010). NP ISO 14044: Gestão ambiental — Avaliação do ciclo de vida — Requisitos e linhas de orientação. IPQ.

[7] Agência Portuguesa do Ambiente. (2023). Relatório de gestão do SIGRE 2023. https://apambiente.pt/sites/default/files/_Residuos/FluxosEspecificosResiduos/ERE/Relatorios_de_gestao/Relatorio_gestao_SIGRE_2023.pdf.

[8] LONGi Green Energy Technology Co., Ltd. (2025). Environmental Product Declaration: LONGi MONOCRYSTALLINE TOPCon PV Module LR8-66HGD and LR7-72HYD (EPD-IES-0024039:001). The International EPD System. https://www.environdec.com/library/epd24039.

[9] Midsummer AB. (2022). Environmental Product Declaration for Photovoltaic solar panel – Midsummer SLIM (EPD-IES-0006691:001). International EPD® System. https://www.environdec.com/library/epd6691.