Les technologies énergétiques alternatives telles que les modules photovoltaïques (Figure 1) deviennent de plus en plus populaires dans le monde. 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, générant 155 milliards de dollars de capital net 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 deviennent de plus en plus populaires dans le monde entier en raison d’une plus grande prise de conscience et de plus grandes préoccupations 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 moins d’impact environnemental sur la planète. Mais combien moins ?
Une précédente revue publiée de l'analyse de l'énergie nette des systèmes photovoltaïques à base de silicium [1] a révélé que tous les types de photovoltaïques à base de silicium (amorphe, polycristallin et monocristallin) généraient bien plus d'énergie au cours de leur durée de vie que celle utilisée dans leur production. Tous les photovoltaïques au silicium modernes 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 de panneaux photovoltaïques (PV) au silicium.
Contenu
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 depuis sa production jusqu'à son élimination. [2] Une ACV étudie les apports 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 enquêter sur 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 en silicium
La section suivante contient une brève analyse du cycle de vie des panneaux photovoltaïques en 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 durée de vie utile d'un panneau photovoltaïque : le transport, l'installation, l'exploitation et l'élimination.
Besoins énergétiques pour la production
La fabrication de panneaux 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 requis pour les plaquettes photovoltaïques. L'assemblage des modules photovoltaïques est une autre étape gourmande en ressources avec l'ajout d'une charpente 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 reste du système tels que le rack et l'onduleur. [3] Les gaz à effet de serre sont principalement causés par la production de modules (81 %), suivi du reste du système (12 %) et du châssis (7 %) [3] ). Les besoins en ressources du cycle de production sont résumés dans la figure 3.
Émissions de dioxyde de carbone sur le cycle de vie
Les émissions de dioxyde de carbone sur le 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 rack métallique. Les systèmes photovoltaïques au sol comprennent également une fondation en béton. Les installations distantes peuvent nécessiter une infrastructure supplémentaire pour le transport de l'électricité vers le réseau électrique local. Outre les matériaux, une analyse du cycle de vie doit inclure le dioxyde de carbone émis par les véhicules lors du 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 sur la durée de vie du dioxyde de carbone de cinq types de modules photovoltaïques. [5]
Émissions des transports
Les transports représentent environ 9 % des émissions du cycle de vie du photovoltaïque. [5] Les modules photovoltaïques, les racks et le matériel d'équilibrage du système (tel que les câbles, les connecteurs et les supports de montage) sont fréquemment produits à l'étranger et transportés vers les États-Unis par bateau. [6] Aux États-Unis, ces composants sont transportés par camion vers les centres de distribution et éventuellement 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 d’exploitation
Aucune émission dans l’air ou dans l’eau n’est générée lors de l’utilisation des modules photovoltaïques. Les bassins atmosphériques sont touchés lors de la construction de modules photovoltaïques par les émissions de solvants et d'alcool qui contribuent à la formation photochimique d'ozone. Les bassins versants 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. Dans l’ensemble, 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 principaux polluants, des métaux lourds et des espèces radioactives. [7]
Émissions d'élimination
L'élimination des modules photovoltaïques au 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.
ACV du photovoltaïque par rapport aux autres sources d’énergie
Les émissions totales du cycle de vie associées à la production d’énergie photovoltaïque sont légèrement supérieures (depuis 2006, elles ont considérablement diminué) à celles de l’énergie nucléaire, mais inférieures à celles de la production d’énergie fossile. Les émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie de plusieurs technologies de production d'énergie sont répertoriées ci-dessous : [3]
- Silicium PV : 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 génèrent plus d'électricité que ce qui a été consommé lors de leur production. Le temps de récupération énergétique quantifie la durée de vie 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.
| Pays | Ville | Rayonnement solaire (kWh/m2) | Latitude | Altitude (m) | Production annuelle (kWh/kWc) | EPBT | FER |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Australie | Sidney | 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 | Berne | 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
Les références
- ^ J. Pearce et A. Lau, "Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells", Actes de l'American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, éditeur R. Cambell-Howe, 2002. pdf
- ↑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 de l'IEEE, Orlando, Floride.
- ↑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 2004-début 2005, Progress in Photovoltaics, 14, 275-280.
- ↑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
- ↑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 d'un système photovoltaïque à très grande échelle de 100 MW (VLS-PV ) systèmes dans les déserts utilisant des modules m-Si, a-Si, CdTe et CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ↑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 d'un système photovoltaïque à très grande échelle (VLS-PV) de 100 MW. systèmes dans les déserts utilisant des modules m-Si, a-Si, CdTe et CIS, Progress in Photovoltaics, 16, 17-30
- ^ Fthenakis, V., Kim, H. et E. Alsema (2008), Émissions liées aux cycles de vie photovoltaïques. Technologie des sciences de l'environnement, 42, 2168-2174.
- ^ Luque, A. et S. Hegedus (2003), Manuel de science et d'ingénierie photovoltaïques, Wiley, Hoboken, NJ.