ACV des panneaux photovoltaïques en silicium

Données du projet

Auteurs	James Apple Nathan Chase Nathan Sanger
Années	2010
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Les technologies énergétiques alternatives telles que les modules photovoltaïques (Figure 1) gagnent en popularité dans le monde entier. En 2008, pour la première fois, les investissements mondiaux dans les sources d’énergie alternatives ont attiré plus d’investisseurs que dans les combustibles fossiles, avec 155 milliards de dollars de capitaux nets contre 110 milliards de dollars de nouveaux investissements dans le pétrole, le gaz naturel et le charbon. L’énergie solaire à elle seule a généré 6,5 milliards de dollars de revenus mondiaux en 2004, et devrait presque tripler ce chiffre avec des revenus projetés de 18,5 milliards de dollars pour 2010.

Les technologies énergétiques alternatives sont de plus en plus populaires dans le monde entier en raison d'une prise de conscience et d'une préoccupation accrues concernant la pollution et le changement climatique mondial . Les technologies énergétiques alternatives offrent une nouvelle option pour obtenir de l'énergie utile à partir de sources ayant un impact environnemental moindre sur la planète. Mais de combien ?

Une étude publiée précédemment sur l'analyse de l'énergie nette des systèmes photovoltaïques à base de silicium ^[1] a révélé que tous les types de systèmes photovoltaïques à base de silicium (amorphe, polycristallin et monocristallin) généraient bien plus d'énergie au cours de leur durée de vie que ce qui était utilisé dans leur production. Tous les systèmes photovoltaïques modernes à base de silicium sont rentabilisés en termes d'énergie en moins de 5 ans, même dans des scénarios de déploiement très sous-optimaux.

Cet article explore tous les impacts environnementaux associés à la production et à l’utilisation tout au long de la vie des panneaux photovoltaïques (PV) en silicium.

Qu'est-ce qu'une analyse du cycle de vie (ACV) ?

Une analyse du cycle de vie (ACV) évalue les impacts environnementaux d'un produit ou d'un processus, de la production à l'élimination. ^[2] Une ACV étudie les intrants de matériaux et d'énergie nécessaires à la production et à l'utilisation d'un produit, les émissions associées à son utilisation et les impacts environnementaux de l'élimination ou du recyclage. L'ACV peut également examiner les coûts externes, tels que l'atténuation environnementale, rendus nécessaires par la production ou l'utilisation d'un produit. ^[3]

Analyse du cycle de vie des panneaux photovoltaïques au silicium

La section suivante contient une brève analyse du cycle de vie des panneaux photovoltaïques au silicium. Les facteurs du cycle de vie abordés comprennent : l'énergie nécessaire à la production, les émissions de dioxyde de carbone du cycle de vie et toutes les émissions polluantes générées tout au long de la vie utile d'un panneau photovoltaïque : transport, installation, fonctionnement et élimination.

Besoins énergétiques pour la production

La fabrication des modules photovoltaïques est de loin l'étape la plus énergivore des modules photovoltaïques installés. Comme le montre la figure 2, de grandes quantités d'énergie sont utilisées pour convertir le sable de silice en silicium de haute pureté nécessaire aux plaquettes photovoltaïques. L'assemblage des modules photovoltaïques est une autre étape gourmande en ressources, avec l'ajout d'une ossature en aluminium à haute teneur énergétique et d'une toiture en verre.

L'impact environnemental d'un module photovoltaïque au silicium implique la production de trois composants principaux : le cadre, le module et les composants du système d'équilibre tels que le rack et l'onduleur. ^[3] Les gaz à effet de serre sont principalement causés par la production du module (81 %), suivis par le système d'équilibre (12 %) et le cadre (7 %) ^[3] ). Les besoins en ressources du cycle de production sont résumés dans la figure 3.

Émissions de dioxyde de carbone tout au long du cycle de vie

Les émissions de dioxyde de carbone du cycle de vie font référence aux émissions causées par la production, le transport ou l'installation de matériaux liés aux systèmes photovoltaïques. En plus des modules eux-mêmes, l'installation typique comprend un câble électrique et un support métallique. Les systèmes photovoltaïques montés au sol comprennent également une fondation en béton. Les installations à distance peuvent nécessiter une infrastructure supplémentaire pour la transmission de l'électricité au réseau électrique local. En plus des matériaux, une analyse du cycle de vie doit inclure le dioxyde de carbone émis par les véhicules pendant le transport des modules photovoltaïques entre l'usine, l'entrepôt et le site d'installation. La figure 4 compare les contributions relatives de ces facteurs aux impacts du dioxyde de carbone sur la durée de vie de cinq types de modules photovoltaïques. ^[5]

Émissions dues aux transports

Le transport représente environ 9 % des émissions du cycle de vie du photovoltaïque. ^[5] Les modules photovoltaïques, les racks et le matériel d'équilibre du système (tels que les câbles, les connecteurs et les supports de montage) sont fréquemment produits à l'étranger et transportés aux États-Unis par bateau. ^[6] Aux États-Unis, ces composants sont transportés par camion vers les centres de distribution et finalement vers le site d'installation.

Émissions des installations

Les émissions associées à l'installation comprennent les émissions des véhicules, la consommation de matériaux et la consommation d'électricité associée aux activités de construction locales pour installer le système. Ces activités génèrent moins de 1 % des émissions totales du cycle de vie du système photovoltaïque. ^[6]

Émissions de fonctionnement

L'utilisation des modules photovoltaïques ne génère aucune émission dans l'air ou dans l'eau. Les bassins atmosphériques sont impactés lors de la construction des modules photovoltaïques par les émissions de solvants et d'alcool qui contribuent à la formation d'ozone photochimique. Les bassins hydrographiques sont impactés par la construction de modules issus de l'extraction de ressources naturelles telles que le quartz, le carbure de silicium, le verre et l'aluminium. Globalement, le remplacement du réseau électrique mondial actuel par des systèmes photovoltaïques centraux entraînerait une réduction de 89 à 98 % des émissions de gaz à effet de serre, des polluants courants, des métaux lourds et des espèces radioactives. ^[7]

Émissions d'élimination

L'élimination des modules photovoltaïques en silicium n'a pas eu d'impact significatif car les installations à grande échelle ne sont utilisées que depuis le milieu des années 1980 et les modules photovoltaïques ont une durée de vie d'au moins 30 ans. ^[8] Fthenakis et al. (2005) ^[2] ont spécifiquement identifié un manque de données disponibles sur l'élimination ou le recyclage des modules photovoltaïques, ce sujet mérite donc une enquête plus approfondie.

LCA du photovoltaïque comparée à d'autres sources d'énergie

Les émissions totales du cycle de vie associées à la production d'énergie photovoltaïque sont légèrement supérieures (depuis 2006, ce chiffre a considérablement diminué) à celles de l'énergie nucléaire, mais inférieures à celles de la production d'énergie à combustible fossile. Les émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie de plusieurs technologies de production d'énergie sont énumérées ci-dessous : ^[3]

• PV silicium : 45 g/kWh
• Charbon : 900 g/kWh
• Gaz naturel : 400-439 g/kWh
• Nucléaire : 20-40 g/kWh

Au cours de leur durée de vie de 20 à 30 ans, les modules solaires produisent plus d'électricité que ce qui a été consommé lors de leur production. Le temps de récupération énergétique quantifie la durée de vie utile minimale requise pour qu'un module solaire génère l'énergie qui a été utilisée pour produire le module. Comme le montre le tableau 1, le temps de récupération énergétique moyen est de 3 à 6 ans.

Tableau 1 : Délais de récupération d'énergie (EPBT) et facteurs de retour d'énergie (ERF) des modules PV installés dans divers endroits du monde. ^[4]

Pays	Ville	Rayonnement solaire (kWh/m2)	Latitude	Altitude (m)	Production annuelle (kWh/kWp)	EPBT	ERF
Australie	Sydney	1614	33,55	1	1319	3.728	7.5
L'Autriche	Vienne	1108	48.2	186	906	5.428	5.2
Belgique	Bruxelles	946	50,5	77	788	6.241	4.5
Canada	Ottawa	1377	45,25	75	1188	4.14	6.8
République tchèque	Prague	1000	50.06	261	818	6.012	4.7
Danemark	Copenhague	985	55,75	1	850	5.786	4.8
Finlande	Helsinki	956	60.13	0	825	5.961	4.7
France	Paris	1057	48,52	32	872	5.64	5
France	Marseille	1540	43.18	7	1317	3.734	7.5
Allemagne	Berlin	999	52,32	35	839	5.862	4.8
Allemagne	Munich	1143	48.21	515	960	5.123	5.5
Grèce	Athènes	1563	38	139	1278	3.848	7.3
Hongrie	Budapest	1198	47.3	103	988	4.978	5.6
Irlande	Dublin	948	53.2	9	811	6.064	4.6
Italie	Rome	1552	41,53	15	1315	3.74	7.5
Italie	Milan	1251	45.28	103	1032	4.765	5.9
Japon	Tokyo	1168	35.4	14	955	5.15	5.4
République de Corée	Séoul	1215	37.3	30	1002	4.908	5.7
Luxembourg	Luxembourg	1035	49,62	295	862	5.705	4.9
Les Pays-Bas	Amsterdam	1045	52.21	1	886	5.551	5
Nouvelle Zélande	Wellington	1412	41.17	21	1175	4.185	6.7
Norvège	Oslo	967	59,56	13	870	5.653	5
le Portugal	Lisbonne	1682	35,44	16	1388	3.543	7.9
Espagne	Madrid	1660	40,25	589	1394	3.528	7.9
Espagne	Séville	1754	37.24	5	1460	3.368	8.3
Suède	Stockholm	980	59.21	16	860	5.718	4.9
Suisse	Bern	1117	46.57	524	922	5.334	5.2
Turquie	Ankara	1697	39,55	1102	1400	3.513	8
Royaume-Uni	Londres	955	51.3	20	788	6.241	4.5
Royaume-Uni	Edinbourg	890	55,57	32	754	6.522	4.3
États-Unis	Washington	1487	38,52	14	1249	3.937	7.1

Exemples

• Comparaison du CO2 de l'Engr 308 CPH 3 MW

Les références

Données de la page

Auteurs	James Apple , Nathan Chase , Nathan Sanger
Licence	CC-BY-SA-3.0
Langue	Anglais (en)
Traductions	Hindi , grec , espagnol , vietnamien , roumain , polonais , japonais , italien , russe , coréen
En rapport	13 sous-pages , 25 pages lien ici
Impact	20 044 pages vues
Créé	24 février 2010 par Nathan Sanger
Modifié	18 juin 2024 par le robot Appropedia
Citer comme	James Apple , Nathan Chase , Nathan Sanger (2010–2024). « LCA des panneaux photovoltaïques en silicium » . Appropedia . Consulté le 2 juillet 2024 .
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1. ↑ J. Pearce et A. Lau, « Analyse de l'énergie nette pour la production d'énergie durable à partir de cellules solaires à base de silicium », Actes de l'American Society of Mechanical Engineers Solar 2002 : Lever de soleil sur l'économie énergétique fiable, éditeur R. Cambell-Howe, 2002. pdf
2. ↑^{Aller jusqu'à :2.0 2.1} Fthenakis, VM, EA Alsema et MJ de Wild-Scholten (2005), Analyse du cycle de vie du photovoltaïque : perceptions, besoins et défis, Conférence des spécialistes du photovoltaïque IEEE, Orlando, Floride.
3. ↑^{Aller jusqu'à :3.0 3.1 3.2 3.3} Fthenakis, V., et E. Alsema (2006), Délais de récupération de l'énergie photovoltaïque, émissions de gaz à effet de serre et coûts externes : état des lieux 2004-début 2005, Progress in Photovoltaics, 14, 275-280.
4. ↑^{Aller jusqu'à :4.0 4.1 4.2} Analyse du cycle de vie de la production d'électricité photovoltaïque, A. Stoppato, Energy, Volume 33, Numéro 2, Février 2008, Pages 224-232
5. ↑^{Aller jusqu'à :5.0 5.1 5.2} Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi et K. Kurokawa (2007), Étude comparative sur l'analyse des coûts et du cycle de vie des systèmes photovoltaïques à très grande échelle (VLS-PV) de 100 MW dans les déserts utilisant des modules m-Si, a-Si, CdTe et CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
6. ↑^{Aller jusqu'à :6.0 6.1} Ito, M., K. Kato, K. Komoto, T. Kichimi et K. Kurokawa (2007), Étude comparative sur l'analyse des coûts et du cycle de vie des systèmes photovoltaïques à très grande échelle (VLS-PV) de 100 MW dans les déserts utilisant des modules m-Si, a-Si, CdTe et CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
7. ↑ Fthenakis, V., Kim, H., et E. Alsema (2008), Émissions du cycle de vie des installations photovoltaïques. Environmental Science Technology, 42, 2168-2174.
8. ↑ Luque, A., et S. Hegedus (2003), Manuel de science et d'ingénierie photovoltaïques, Wiley, Hoboken, NJ.