LCA of silicon PV panels/fr
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) ?
A Life Cycle Assessment (LCA) evaluates the environmental impacts of a product or process from production to disposal.[2] An LCA investigates the material and energy inputs required to produce and use a product, the emissions associated with its use, and the environmental impacts of disposal or recycling. The LCA may also investigate external costs, such as environmental mitigation, that are made necessary by the production or use of a product.[3]
Silicon PV panel Life Cycle Assessment
The following section contains a brief lifecycle analysis of silicon PV panels. The lifecycle factors discussed include: the energy required for production, the lifecycle carbon dioxide emissions, and all of the pollution emissions generated throughout a PV panels useful life from: transportation, installation, operation, and disposal.
Energy requirements for production
Manufacturing photovoltaics is overwhelmingly the most energy intensive step of installed PV modules. As seen in Figure 2, large amounts of energy are used to convert silica sand into the high purity silicon required for photovoltaic wafers. The assembling of the PV modules is another resource intensive step with the addition of high energy content aluminum framing and glass roofing.
The environmental impact of a silicon photovoltaic module involves the production of three main components: the frame, the module, and balance-of-system components such as the rack and inverter.[3] Greenhouse gases are caused mostly by module production (81%), followed by the balance of system (12%) and frame (7%)[3]). Resource requirements of the production cycle are summarized in Figure 3.
Lifecycle carbon dioxide emissions
Les émissions de dioxyde de carbone sur le cycle de vie désignent les 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 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 le cycle 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 d'installation
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 ]
Opération émissions
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.
L'ACV 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.
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 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 | Edimbourg | 890 | 55,57 | 32 | 754 | 6.522 | 4.3 |
| États-Unis | Washington | 1487 | 38,52 | 14 | 1249 | 3.937 | 7.1 |
Exemples
Références
- ↑ 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
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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 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
- ↑ 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
- ↑ Fthenakis, V., Kim, H., et E. Alsema (2008), Émissions des cycles de vie des installations photovoltaïques. Environmental Science Technology, 42, 2168-2174.
- ↑ Luque, A., et S. Hegedus (2003), Manuel de science et d'ingénierie photovoltaïques, Wiley, Hoboken, NJ.