Les panneaux solaires / Fabrication, recyclage et évolution environnementale

L’énergie solaire est répartie sur toute la planète. Ce qui en fait un puissant facteur de paix pour l’avenir, contrairement au pétrole et au nucléaire. Le prix du solaire a baissé de 80 % ces 16 dernières années et s’avère plus que compétitif vis à vis des autres énergies, fossiles (dont il faudra se passer) et même nucléaire.

Cela dit, la quantité astronomique de panneaux fabriqués, installés et donc à recycler peut donner le vertige et inquiéter légitimement nombre de personnes quand aux impacts environnementaux d’une telle filière pour les années à venir. Fort heureusement, les panneaux sont recyclables avec un chiffre qui s’approche aujourd’hui des 100%. Les filières pour cette opération sont opérationnelles et en progression. Enfin, la production revient en Europe avec un impact écologique moindre et des emplois localisés à la clef. Enfin la recherche est constante sur le solaire avec à la fois, un impact sur le rendement qui tend à doubler avec de nouvelles cellules ou de nouvelles lentilles, ainsi qu’une mise en place de nouveaux processus de fabrication qui diminuent l’impact écologique, avec moins de matériaux toxiques et de déchets industriels.

Aucune énergie n’est parfaite ni sans conséquence sur notre environnement. Le solaire reste néammoins mon énergie préférée car elle peut-être mise en place partout dans le monde, y compris dans les endroits les plus reculés et les plus innacessibles. C’est une énergie décentralisée, localisable, silencieuse, exempte de CO2 à l’utilisation. Je parie sur des progrès significatifs, tant environnementaux qu’en terme d’efficacité dans les proches années. Le passé récent nous a montré l’évolution positive de cette technologie en moins de trente ans.

Alan Mabden / PigraïFlair-La culture a du sens Mercredi 1er Juin 2022

Les matériaux et le recyclage

Un panneau solaire classique est, pour l’instant, composé à 75 % de verre. Une matière recyclable à l’infini, tout comme l’aluminium qui compose son cadre. À l’intérieur, on retrouve un film plastique en EVA qui peut être transformé en granules pour être refondu ou brûlé pour générer de l’électricité. Enfin, restent les cellules en silicium et les conducteurs électriques peuvent être en aluminium, en argent ou en cuivre. Ces éléments sont séparés mécaniquement et chimiquement avant d’être fondus, puis réutilisés.

Le silicium est après tout le deuxième élément le plus abondant de la croute terrestre après l’oxygène et il y a chaque mois de nouvelles découvertes scientifiques dans le domaine du photovoltaïque qui réduisent la quantité de silicium nécessaire. Pour doper le silicium ou améliorer sa conductivité, quelques milligrammes d’argent, de bore ou de phosphore sont nécessaires par centaine de kilos de panneaux.

Les premiers panneaux produits dans les années 1980 avaient une durée de vie de 20 à 30 ans. Ce sont ceux qui arrivent aujourd’hui dans les filières de recyclage. Pour les nouveaux modèles, on a pas assez de recul mais on peut estimer une durée de vie de 50 ans avec, au pire moins de production avec les années, mais avec des panneaux amortis et qui produiront du bonus. Les fabricants ne mettent pas en avant cette durée de vie d’au moins 50 ans pour ne pas s’engager sur une garantie.

La production nécessite beaucoup d’énergie car il faut faire fondre le verre et le silicium métallurgique pour qu’il se cristallise mais si on utilise de l’énergie solaire pour faire fondre ces matériaux, on créé un cycle vertueux. Plus nous aurons d’énergie solaire, plus celle-ci sera propre.

En 1986, il fallait compter 409 grammes d’équivalent CO2 pour un kWH solaire. Aujourd’hui, l’empreinte d’un panneau solaire n’est plus que de 20 à 25 grammes d’équivalent CO2 par kWH. (étude parue dans Nature Communications)

Les panneaux sont souvent acheminés en bateau depuis l’Asie. Les émissions de ces cargos sont un réel problème et bien qu’il faille relativiser car leurs tonnages sont tellement énormes que la pollution individuelle de chaque panneau est minime, l’idéal serait bien sûr d’avoir des cargos électriques ou hybrides mais ils sont encore au stade de prototype ou en cours de fabrication.

Il y a cependant un vrai retour de la production en Europe, le coût du transport par cargo depuis l’Asie représentent 10% du pris du panneau, auquel s’ajoute le coût écologique et le prix de l’indépendance énergétique. Exemple avec l’entreprise française Voltec Solar.

Entreprise Voltec Solar / Panneaux solaires produits en Alsace

L’entreprise Voltec Solar est cohérente au niveau environnemental avec une autoconsommation 100% solaire et un taux de recyclabilité de ses panneaux proche des 100 %.

Grâce à la robotisation, les coûts de fabrication diminuent. Cela n’empèche pas de créer des emplois localisés en France, 100 personnes pour l’entreprise Voltec Solar France Alsace.

Evolution technologique et environnementale

De nombreuses recherches permettent d’envisager des cellules qui doublent leur rendement actuel. Des efforts constants sont également menés pour diminuer la pollution engendrée par le process industriel de fabrication des panneaux.

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Des lentilles optiques qui focalisent la lumière du soleil

De nouvelles cellules voient le jour composées de plusieurs couches de silicium. Ces couches permettent de produire du courant avec un plus large spectre lumineux du soleil. Utilisées dans l’aérospatial, elles ont réussi à atteindre un rendement de 46% ! Si ces super cellules ne risquent pas d’arriver tout de suite sur le toit de vos bâtiments, une start-up de l’université polytechnique de Lausanne s’en est inspirée. Elle a développé un verre de protection sur lequel des lentilles optiques focalisent la lumière du soleil et la dirigent vers la surface minuscule de cellules haute performance.

Ces cellules sont capables, en outre, de se déplacer afin de suivre la lumière du soleil tout au long de la journée. Résultat : un rendement de 29%.

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Des trackers pour suivre la course du soleil

On peut diminuer de 30 % la quantité de panneaux solaires avec la même production électrique en utilisant des traceurs solaires qui orientent les panneaux vers le soleil tout au long de la journée, comme le fait naturellement un tournesol. Ce procédé est de plus en plus utilisé en secteur agricole car il permet d’éviter une installation complexe sur un batiment de ferme tout en produisant beaucoup d’énergie avec un minimum d’encombrement au sol.

Les cellules CIGSSe

Le séléniure de cuivre, d’indium et de gallium (CuInGa(Se)2, aussi appelé CIGSSe) est un type de cellule solaire à couche mince qui offre plusieurs avantages par rapport aux cellules solaires traditionnelles en silicium : elles sont environ 100 fois plus fines, moins chères à produire et plus faciles à installer sur les toits et les véhicules. En outre, par rapport à d’autres matériaux utilisés dans les cellules solaires à couche mince (tels que le silicium amorphe, le tellurure de cadmium et les matériaux organiques), le CIGSSe absorbe plus fortement la lumière et peut donc être produit en films plus fins.

L’impact environnemental des processus de fabrication des cellules solaires reste toutefois préoccupant : la fabrication des panneaux solaires implique en effet des matériaux toxiques et de nombreux déchets industriels. Les cellules à CIGSSe contiennent notamment une couche tampon de sulfure de cadmium, hautement toxique et cancérigène. Une équipe de chercheurs japonais a réussi à diminuer les déchets liés à leur fabrication.

« Dans le procédé classique, le cadmium est déposé sur la couche de CIGSSe par un procédé de dépôt par bain chimique. En éliminant cette étape, nous avons créé un processus de fabrication entièrement sec, qui génère moins de déchets » Professeur Jakapan Chantana (chercheur à l’Université de Ritsumeikan à Kyoto)

Les films photovoltaïques organiques

Flexibles, ultraminces, légers, semi-transparents et peu coûteux, les films photovoltaïques organiques permettent d’imaginer de nouvelles possibilités de production d’énergie renouvelable. Cette troisième génération de cellules photovoltaïques est produite par des procédés bas carbone ne nécessitant l’emploi d’aucun métal stratégique ni de solvants chlorés. Le photovoltaïque « organique » (aussi désigné par le sigle anglais OPV) consiste à imprimer et à superposer des couches d’un matériau semi-conducteur sur un film mince et souple en matière plastique.

La pérovskite pour remplacer le silicium?

D’autres technologies sont en développement pour encore améliorer le rendement et imaginer le futur des panneaux solaires domestiques. Ainsi, beaucoup misent sur la pérovskite pour remplacer le silicium. Ce minéral est un semi-conducteur qui absorbe la lumière. Moins cher et plus efficace que le silicium, il permettrait selon les premières études et essai d’obtenir un rendement de l’ordre de 37%. Deux fois plus que vos panneaux actuels.

Les pérovskites bouleversent le monde du photovoltaïque et suscitent une fantastique quête scientifique. Ces matériaux font tomber tous les records de performance et pourraient détrôner à terme le silicium. Les pérovskites seront-elles pour autant LA technologie du futur pour le photovoltaïque ? Pas à court terme en tout cas :

« Je ne pense pas qu’une seule technologie deviendra la solution unique. Les pérovskites ont apporté un élan considérable à la communauté photovoltaïque et sont encore pleines de promesses, mais elles se heurtent également à des verrous très importants comme leur piètre stabilité ou leur mauvaise résistance à l’eau… Par ailleurs, les records sont réalisés sur des démonstrateurs de quelques millimètres carrés de surface. Il reste de nombreuses années de recherche, même si l’intérêt des entreprises du secteur est déjà très fort  » Daniel Lincot, directeur de l’Institut de recherche et développement sur l’énergie photovoltaïque