"L’énergie solaire photovoltaïque va devenir rapidement moins polluante" par le Dr.Mae-Wan Ho

Communiqué de presse d’ISIS en date du 01/08/2008
L’article original en angla est intitulé Solar Power Getting Cleaner Fast et il est accessible sur le site suivant www.i-sis.org.uk/solarPowerGettingCleanerFast.php

Les indicateurs environnementaux du photovoltaïque progressent

Les technologies photovoltaïques (PV) progressent rapidement avec une efficacité et des performances renforcées et une réduction des coûts de fabrication ; simultanément, leurs indicateurs environnementaux sont également en voie d’amélioration.

Une récente évaluation ou analyse du cycle de vie (ACV) du photovoltaïque PV avec des technologies fondées sur les données des installations faites en toiture dans le sud de l’Europe, bénéficiant d’une insolation (rayonnement solaire incident) de 1.700 kWh / m2 / an, a permis de mettre en évidence un temps de récupération d’énergie = TRE (EPBT en anglais) de 1,7, 2,2, 2,7 et 1,1 ans, respectivement, pour les systèmes suivants : silicium rubané, le silicium multicristallin. silicium monocristallin et cellule à couche mince au tellure de cadium CdTe [1].

L’indicateur TRE (EPBT) est le temps qu’il faut pour le dispositif génère plus d’énergie qu’il n’en a été utilisée pour sa production, voir [2] Quelles sources d’énergie renouvelables ? SiS 39).

Le TRE (EPBT) du photovoltaïque PV CdTe a été beaucoup plus faible que pour les autres systèmes, bien que son efficacité de conversion électrique soit la plus faible, avec 9 pour cent, comparativement à 11,5 pour cent pour le silicium rubané, 13,2 pour cent pour la cellule multicristalline au silicium et 14 pour cent le silicium monocristallin.

Une étude récente, d’un suivi d’analyse du cycle de vie, présente les émissions de gaz à effet de serre et de métaux lourds, selon l’estimation complète tout au long de sa durée de vie, du « berceau à la fin de vie », pour les quatre mêmes systèmes PV commerciaux, basées sur les données les plus récentes (2004-2006) [3].

Ces émissions sont en grande partie les rejets ou émissions indirectes liées à l’utilisation des combustibles fossiles dans le cycle de vie des systèmes photovoltaïques PV.

Les émissions directes de métaux lourds provenant de l’exploitation minière et de la fusion sont également incluses, tandis que les déchets liquides et solides sont pour la plus grande partie recyclés ; ils n’ont pas été considérés dans l’étude.

Le choix des sources d’électricité et des sources d’énergie est important pour déterminer les émissions totales.

Pour le photovoltaïque PV au silicium, les données de 11 entreprises européennes et américaines de fabrication de modules PV commerciaux, ont été complétées par de nombreuses autres informations issues de la littérature.

Chaque module se compose généralement d’un assemblage de 72 cellules solaires de 0,125m x 0.125m, avec des contacts argentiques sur les faces avant et arrière.

Des feuilles d’acétate de vinyl-éthylène (EVA) et des feuilles de verre encapsulent les modules PV pour les protéger contre les éléments au cours de l’opération.

Les modules de silicium cristallin ont généralement des cadres en aluminium pour plus de solidité et un montage facile.

Le cycle de vie des modules photovoltaïques PV au silicium commence par l’extraction de sable de quartz.

La silice contenue dans le sable du quartz est réduite dans un four à arc pour obtenir le silicium de calibre métallurgique, qui est ensuite purifié davantage dans la classe du silicium des catégories électronique ou solaire.

Cela se fait soit par le procédé Siemens, dans lequel un réacteur avec silane et hydrogène gazeux, qui sont chauffés vers 1.100 à 1.200°C, pour la production de tiges de silicium, ou soit par le procédé Siemens modifié, dans lequel le silane et l’hydrogène gazeux sont chauffés à environ 800°C.

Les données des modules photovoltaïques PV au tellure de cadmium CdTe, qui sont dans la phase de production commerciale, provenaient d’une usine de fabrication située à Perrysburg, dans l’Ohio aux États-Unis.

Les cadres typiques des modules au CdTe sont de 1,2m x 0,5m, avec une efficacité de transformation en électricité de 9 pour cent (bien que cela ait porté à 10 pour cent à partir de septembre 2007).

Le cadmium Cd est obtenu à partir d’un flux de déchets de zinc Zn en fusion.
Le tellure Te est récupéré à partir des scories produites au cours de raffinage électrolytique du cuivre.

Le cadmium Cd est purifié soit par lessivage et distillation sous vide, soit par purification électrolytique, suivie par fusion et pulvérisation ou distillation sous vide.

La purification du tellure Te est également poursuivie en faisant appel aux mêmes méthodes.
Le tellure de cadmium CdTe est finalement produit par des procédés industriels particuliers, propres aux entreprises concernées.

La couche absorbante de CdTe et de sulfure de cadmium (CdS) du cadre est fixée par dépôt de vapeur basé sur la sublimation des poudres et la condensation des vapeurs sur les substrats de verre.

Un flux de gaz inerte transporteur conduit le nuage de sublimé dense de vapeur, afin de procéder au dépôt sur les films à une température de 500-600°C avec un taux de croissance d’un 1 micromètre par seconde.

Les interconnexions et les contacts à l’arrière sont formés par le dépôt d’une couche de métaux communs, suivi d’une série de traçage et de traitements thermiques.

Gaz à effet de serre et autres émissions

Les résultats du cycle de vie des émissions, réalisé à partir de l’utilisation de différentes bases de données, sont présentés dans la figure 1.

La case n° 1 correspond au mélange actuel utilisé dans la production de silicium, au projet CrystalClear et avec la base de données Ecoinvent.

La case n° 2 se rapporte à un mélange sur la grille de l’Union de la coordination du transport de l’électricité (UCTE) et avec la base de données Ecoinvent.

La case n° 3 figure la grille de mélange de type américain et la base de données Franklin.

Les conditions utilisées sont celles de l’insolation moyenne du sud de l’Europe, soit 1.700 kWh/m2/an, un taux de performance de 0,8 et une durée de vie de 30 ans.

Le taux de performance est le rapport de la production réelle d’énergie par rapport à la puissance maximale théorique.

[Pour chaque diagramme, couleur blanche = équilibre du système, couleur rouge = châssis support et couleur bleue = module photovoltaïque. Les matériaux comparés sont : Ribbon = silicium rubané. Multi-Si = couches multicristallines. Mono-Si = couches monocristallines. Les trois séries de diagrammes se rapportent, de haut en bas, aux émissions des substances suivantes : GHG = gaz à effet de serre. NOx = oxydes d’azote. SOx = oxydes de soufre.]

Figure 2. Cycle de vie des émissions des modules photovoltaïques PV, réalisés à partir du silicium et du tellure de cadmium CdTe.
BOS (Balance Of System) est l’équilibre du système (module, câblage et e pouvoir de conditionnement).
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Comme on peut le constater, les modules photovoltaïques PV de type CdTe donnent la plus faible des émissions de gaz à effet de serre, à un niveau juste un peu supérieur à 20 g d’équivalent CO2.

Ils produisent également les plus faibles émissions d’oxydes d’azote et d’oxydes de soufre.

Les émissions de métaux lourds

Le photovoltaïque PV avec tellure de cadmium CdTe, peut émettre du cadmium Cd à la fois directement et de manière indirecte, tandis que le photovoltaïque avec silicium cristallin n’émet que de façon indirecte.

Les émissions totales directes de Cd, résultant du cycle de vie des modules PV CdTe, proviennent de l’exploitation minière, de la fusion, de la purification de l’élément et la synthèse du CdTe ; ces émissions sont au total de 0,015 g / GWh.

Le total des émissions de Cd au cours de la fabrication du module est de 0,004 g / GWh.

Les émissions au cours de rejets accidentels, tels que les incendies sont extrêmement faibles, le cas échéant.

Le total des émissions directes de Cd représentent 0,02 g / GWh.

Les émissions indirectes de Cd proviennent de différentes activités : la production d’électricité utilisée dans la fabrication de toutes les parties du module PV, la fourniture de chaleur et d’énergie mécanique au cours de la transformation de matériaux, le contrôle climatique de l’usine de fabrication et le transport des matériaux et des produits.

Le cadmium Cd est contenu dans les combustibles fossiles brûlés et une fraction de celui-ci est rejeté dans l’atmosphère durant la combustion.

Les principales sources de ces émissions indirectes de cadmium Cd, résultent de la combustion du charbon au cours des opérations sidérurgique et au cours de la fabrication du verre, à partir des matériaux de la chaudière, ainsi que du matériel de l’approvisionnement en électricité nécessaire pour assurer le fonctionnement de la chaudière.

Les résultats montrent que le photovoltaïque actuel, faisant appel au tellure de cadmium CdTe, empêche effectivement qu’une importante quantité de cadmium Cd ne soit rejetée dans l’atmosphère.

Chaque GWh d’électricité générée par le module photovoltaïque avec CdTe, peut empêcher l’émission d’environ 4 g de cadmium Cd.

Les émissions directes de Cd, au cours du cycle de vie d’un dispositif photovoltaïque CdTe, sont 10 fois plus faibles que les émissions indirectes et environ 30 fois inférieures à celles des émissions indirectes dans le cycle de vie des systèmes photovoltaïques qui font appel au silicium cristallin.

Il est largement possible d’améliorer les indicateurs environnementaux, tout en simplifiant les procédés de fabrication et en réduisant les coûts d’élaboration.

Par exemple, des modules à couche mince peuvent être fabriqués par les techniques d’impression du jet d’encre et en adoptant l’utilisation des feuilles métalliques souples comme substrat [2].

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