La durée de vie des panneaux solaires et bien plus encore

Qu’est ce qu’un panneau solaire ?

Aussi connu sous le nom de panneau photovoltaïque (ou PV pour les intimes), un panneau solaire est composé de cellules qui ont la capacité de convertir la lumière solaire en énergie électrique. Ce sont : des cellules en silicium, des cadres en aluminium, des plaques de verre et de matériels électroniques. 

Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires transforment la lumière solaire en énergie électrique. Cette conversion est rendue possible grâce aux cellules photovoltaïques, fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium. Lorsque les photons solaires interagissent avec ces cellules, ils libèrent des électrons,générant ainsi un courant électrique. Ce courant est ensuite converti en électricité que vous pouvez utiliser chez vous ou en entreprise.

En termes simples, prenez du silicium, ajoutez des couches fines de matériaux, mélangez avec soin et voilà : des cellules photovoltaïques prêtes à transformer la lumière du soleil en énergie électrique !

Comment sont fabriqués les panneaux solaires ?

Voici un résumé des étapes de fabrication :

• Extraction et purification du silicium : la base du photovoltaïque

Le silicium est l'élément de base utilisé dans la fabrication des cellules photovoltaïques. Il est abondamment présent dans la nature sous forme de silice, un composé que l'on retrouve notamment dans le sable. Le processus commence par l'extraction de la silice, suivie d'une série d'étapes de purification pour obtenir un silicium de haute qualité. Cette purification est cruciale car le silicium doit atteindre un niveau élevé de pureté pour assurer une efficacité optimale des panneaux solaires.

• Cristallisation du silicium : des lingots monocristallins et polycristallins

Une fois le silicium purifié, il est fondu à des températures élevées et cristallisé pour former des lingots de silicium solides. Deux types de lingots sont couramment utilisés : les lingots monocristallins et polycristallins.

Les lingots monocristallins sont formés d'une seule structure en cristal, ce qui les rend plus efficaces en termes d'énergie. En revanche, les lingots polycristallins sont composés de plusieurs cristaux, ce qui les rend moins coûteux à fabriquer. Chaque type de lingot a ses propres avantages et est choisi en fonction des besoins spécifiques du marché.

• Découpage des tranches (wafers) : la base des cellules photovoltaïques

Les lingots de silicium sont ensuite découpés en fines tranches rectangulaires ou carrées, appelées wafers (plaquettes). Ces wafers serviront de base pour la fabrication des cellules photovoltaïques. Les tranches découpées subissent également un processus de polissage pour obtenir une surface lisse et uniforme, essentielle à l'efficacité des cellules.

• Dopage des wafers : la formation de la jonction PN

Les wafers sont dopés en introduisant des éléments chimiques spécifiques dans le matériau. Ce dopage crée des zones positives (P) et négatives (N) dans la structure du silicium, formant ainsi une jonction PN. Cette jonction est essentielle pour le processus de conversion de la lumière en électricité lorsqu'elle est exposée au soleil.

• Assemblage des cellules photovoltaïques

Les wafers dopés sont assemblés en cellules photovoltaïques. Des fils métalliques conducteurs sont soudés aux faces supérieures et inférieures des cellules pour collecter le courant électrique généré lors de l'exposition à la lumière solaire. Chaque cellule individuelle fonctionne comme un générateur d'électricité.

• Encapsulation des cellules : protection et transmission de la lumière

Les cellules photovoltaïques sont encapsulées entre deux couches de matériaux protecteurs. Une couche de verre trempé est placée à l'avant pour protéger les cellules contre les dommages mécaniques et les intempéries. À l'arrière, une couche de matériau plastique assure l'isolation électrique et protège les cellules des influences environnementales.

• Connexion et encadrement : assemblage d’un panneau solaire

Plusieurs cellules photovoltaïques sont ensuite connectées en série et en parallèle pour former un panneau solaire. Les connexions en série augmentent la tension du panneau, tandis que les connexions en parallèle augmentent le courant électrique. Le panneau est encadré avec une structure en aluminium pour le protéger et faciliter son installation.

Chaque étape de ce processus est cruciale pour produire des panneaux solaires efficaces et durables, prêts à capter les rayons du soleil et à les transformer en énergie propre.

Pendant cette phase, les panneaux solaires captent la lumière du soleil et la convertissent en électricité. Ils sont installés sur des toits, des ombrières ou des champs solaires pour alimenter les systèmes électriques.

Quels sont les facteurs influençant la durée de vie des panneaux solaires ? 

Plusieurs facteurs influencent la durée de vie des panneaux solaires : 

• La qualité des matériaux utilisés lors de la fabrication a un impact significatif sur la durabilité. De plus, une infrastructure correctement installée par des professionnels qualifiés et l'entretien régulier des panneaux solaires peut contribuer à prolonger leur durée de vie et à maintenir leur efficacité. Le nettoyage périodique pour éliminer la saleté, la poussière, les feuilles et les débris permet d'assurer une absorption maximale de la lumière solaire. Une inspection annuelle ou bi-annuelle peut aider à identifier et à résoudre rapidement tout problème potentiel, comme des câbles endommagés ou des cellules défectueuses.
• Au fil du temps, les panneaux solaires subissent une dégradation des performances due à diverses influences. L'exposition prolongée au soleil, aux intempéries et aux variations de température peut provoquer des micro-dégradations au niveau des cellules solaires. Cela conduit à une perte d'efficacité d'environ 0,5% à 1% par an en moyenne. Cependant, même après plusieurs décennies, les panneaux peuvent encore fonctionner à environ 80% de leur efficacité initiale.
• L'industrie solaire continue de se développer avec des avancées technologiques qui améliorent la durée de vie et la performance des panneaux solaires. Par exemple, les cellules solaires à base de pérovskite, bien que toujours en développement, ont le potentiel d'augmenter l'efficacité et la longévité des panneaux. De plus, les systèmes de suivi solaire (trackers) qui ajustent automatiquement l'angle des panneaux pour suivre le mouvement du soleil peuvent optimiser la production d'énergie et réduire l'usure.

Quels sont les avantages des panneaux solaires ?

• Réduction des factures d'électricité : l'une des principales raisons pour lesquelles le panneau solaire est attrayant est sa capacité à réduire les factures d'électricité. En produisant leur propre électricité à partir du soleil, les propriétaires de systèmes photovoltaïques peuvent s'affranchir, du moins partiellement, des fluctuations des tarifs électriques du réseau. L'énergie solaire produite peut être utilisée pour alimenter l'entreprise, réduisant ainsi la dépendance vis-à-vis du réseau traditionnel.
• L'autoconsommation et la revente de l'excédent : grâce à des dispositifs d'autoconsommation, les utilisateurs peuvent consommer directement l'électricité qu'ils produisent. Tout surplus peut être injecté dans le réseau, générant ainsi des crédits d'électricité ou une rémunération de l'électricité produite, selon les politiques en vigueur dans leur pays ou leur région. Cette possibilité permet de maximiser les économies réalisées avec le photovoltaïque.
• Un investissement à long terme : les systèmes photovoltaïques ont une durée de vie allant généralement de 25 à 40 ans, voire plus. Au-delà des économies réalisées sur les factures d'électricité, les propriétaires de ces installations peuvent bénéficier de retours sur investissement intéressants. 

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Lorsqu'un panneau solaire atteint la fin de son utilisation opérationnelle, il ne se retire pas simplement de la scène énergétique. Au contraire, c'est le début d'une nouvelle étape dans son cycle de vie. Voici ce qui se passe généralement :

Recyclage des panneaux solaires

Une option de fin de vie respectueuse de l'environnement est le recyclage. Les panneaux solaires contiennent des matériaux précieux tels que le silicium, le verre et certains métaux. Dans le cadre du recyclage, ces panneaux sont désassemblés, les matériaux sont récupérés et peuvent être réutilisés dans la fabrication de nouveaux panneaux solaires ou d'autres produits. Le recyclage permet de réduire la demande de ressources vierges, de limiter les déchets électroniques et d'avoir un impact positif sur l'environnement.

Réutilisation des panneaux solaires

Dans certains cas, les panneaux solaires retirés de leur installation d'origine peuvent encore être fonctionnels, bien qu'à un niveau de rendement réduit. Plutôt que de les recycler immédiatement, ils peuvent être réutilisés dans des applications moins exigeantes. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour alimenter des systèmes autonomes dans des endroits reculés, comme des stations météorologiques ou des systèmes de surveillance. Cela prolonge la durée de vie utile des panneaux et évite le gaspillage prématuré de ressources.

Élimination respectueuse des panneaux solaires

Lorsque les panneaux solaires ne sont plus fonctionnels et que ni le recyclage ni la réutilisation ne sont possibles, ils doivent être éliminés de manière appropriée. Cela implique de suivre les réglementations environnementales et de les traiter dans des installations spécifiques pour minimiser leur impact sur l'environnement. Les panneaux solaires contiennent des matériaux qui peuvent être nocifs s'ils sont mal gérés, donc une élimination appropriée est essentielle pour préserver notre planète.

Qu'en est-il de l'empreinte carbone des panneaux solaires ?

Saviez-vous que depuis la fabrication des panneaux solaires jusqu'à leur installation, l'ensemble du processus implique l'utilisation d'énergie, et donc des émissions de CO² ?

Afin de mesurer l'impact carbone des panneaux solaires, il est important de prendre en compte les différentes étapes de leur cycle de vie :

• La fabrication

Un panneau solaire est composé de cellules en silicium, de cadres en aluminium, de plaques de verre et de matériels électroniques. 

La fabrication du silicium est notamment la plus énergivore puisqu'elle s'obtient par un assemblage de sable et de quartz porté à très haute température (autour de 3 000°C).

• Le transport 

La grande majorité des panneaux solaires sont fabriqués en Asie et transportés par voie maritime jusqu'en Europe. L'impact de ce mode de transport est estimé entre 15 et 30 g de CO² par tonne/Kilomètre selon le Programme des Nations Unies pour l'Environnement. 

• L'installation et l'utilisation des panneaux solaires

L'installation des panneaux solaires émet une infime partie des émissions de CO². 

Une fois fonctionnelle, la production d'électricité via les panneaux photovoltaïques n’émet pas de gaz à effet de serre dans l’environnement.

Durant cette phase, les panneaux solaires mettent entre 1 et 4 ans pour compenser les émissions de CO2 de ces 2 premières phases.

• Le démantèlement et le recyclage

La fin de vie des panneaux photovoltaïques peut être source de pollution. C'est pourquoi SOREN, un organisme spécialisé dans le recyclage des panneaux solaires, renforce sa filière de recyclage en France afin de traiter et recycler près de 95% des panneaux photovoltaïques usagés (grâce à leur composition, presque tous les éléments sont réutilisables).

Que vous occupiez un poste à responsabilité au sein d'une entreprise, que vous recherchiez des solutions d'efficacité énergétique, ou que vous soyez simplement curieux, les panneaux solaires offrent des opportunités à un large éventail de publics.

N'oubliez pas, le soleil est gratuit, alors pourquoi ne pas en profiter ?