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Dans cet article, nous proposons de vous présenter les technologies photovoltaïques qui sont aujourd’hui envisagées dans le cadre du projet HORIZEO.

Panneaux solaires ou panneaux photovoltaïques ?

Par abus de langage, on utilise les termes « panneaux solaires » et « panneaux photovoltaïques » comme synonymes. Néanmoins, il faut rappeler qu’un panneau solaire désigne toutes les technologies qui servent à capter l’énergie émise par le soleil et qui permettent de la transformer en électricité ou en chaleur. Parmi ces technologies, le photovoltaïque convertit la lumière du soleil en électricité. Il existe également d’autres types de panneaux solaires, comme les panneaux thermiques, qui captent les rayons du soleil pour produire de la chaleur, utilisée pour chauffer l’eau ou encore les panneaux aérovoltaïques, qui reposent sur une technologie hybride qui permet de produire à la fois de l’électricité et de la chaleur.

Comment fonctionnent les panneaux photovoltaïques ?

En 1839, Antoine Becquerel fait la découverte de l’effet photovoltaïque : lorsque les rayonnements du soleil rencontrent des matériaux semi-conducteurs, ils leur transfèrent de l’énergie, ce qui génère une tension électrique. Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé dans la réalisation de panneaux. D’autres éléments chimiques, minéraux ou plastiques sont également employés, avec pour chacun d’entre eux, des avantages et des inconvénients. Aujourd’hui, les principaux challenges concernant ces technologies sont d’améliorer le rendement, réduire les coûts de fabrication tout en réduisant également l’empreinte carbone de leur fabrication.

Quel type de technologie sera utilisé pour le projet HORIZEO ?

Pour l’instant, le choix s’est porté sur la technologie la plus récente, à savoir des panneaux monocristallins TOPCON bifaciaux. La technologie dans le monde du PV est toutefois en constante évolution, il est donc possible qu’au moment de la construction, les modules soient différents !

 Types de cellules photovoltaïques :

Le panneau photovoltaïque cristallin :

La technologie photovoltaïque de type monocristalline ou polycristalline est la plus répandue. Elle présente des panneaux solaires dont les cellules sont issues d’un seul (mono) ou plusieurs (poly) cristal/cristaux de silicium pur. Les modules monocristallins, grâce à leur homogénéité, permet un rendement supérieur à celui des panneaux à silicium polycristallin.  Ils représentent 85 à 90% du marché actuel.

Le saviez-vous ?

Les panneaux monocristallins sont de couleur très foncée tandis que les polycristallins sont plutôt bleutés ! Contrairement au monocristallin, le polycristallin est composé de plusieurs cristaux de silicium fondus ensemble. Il est moins utilisé sur le marché aujourd’hui suite à la baisse des coûts d’autres technologies permettant de meilleurs rendements, notamment la technologie monocristalline.

Les cellules au silicium monocristallin TOPCon :

Les derniers développements R&D sur les cellules cristallines ont amené l’industrie vers les cellules type TOPCon, qui ont pour caractéristiques de limiter les pertes d’énergie interne et possèdent par conséquent un meilleur rendement que les technologies précédentes.

Le panneau photovoltaïque à couches minces :

Il s’agit d’une technologie qui consiste à déposer une ou plusieurs couches minces de matériau photovoltaïque sur un substrat, tel que du verre, plastique, etc.. Parmi ces matériaux, le tellurure de cadmium (CdTe) est le plus utilisé sur le marché. Cette technologie est basée sur l’hétérojonction, c’est-à-dire la jonction de deux semi-conducteurs différents : le tellurure de cadmium et le sulfure de cadmium.  L’avantage de cette technologie est qu’elle absorbe une grande quantité de lumière avec de forts rendements.  

Le panneau solaire en pérovskite :

La technologie pérovskite n’est pas encore passée à l’échelon industriel mais elle est l’une des technologies photovoltaïques les plus prometteuses. Elle permettrait un rendement supérieur à ceux des panneaux en silicium, tout en assurant des coûts de production plus bas. Ses principaux défauts sont son instabilité, qui rend son industrialisation difficile et sa composition, avec des cellules partiellement constituées de plomb, un élément nuisible pour la santé et l’environnement.

Le panneau photovoltaïque organique :

Les cellules organiques utilisées pour la fabrication de ces panneaux ne sont pas des minéraux semi-conducteurs comme le silicium. Il s’agit de molécules ou de polymères issus de la chimie organique, (à base de plantes, d’algues ou d’animaux). Leur principal atout, en théorie, serait de permettre une fabrication à moindre coût et nécessitant moins d’énergie. Aujourd’hui, les rendements des cellules organiques sont encore faibles et moindres que ceux des cellules minérales et leur longévité reste à améliorer. Cette technologie relève du domaine de la recherche et n’est pas encore disponible sur marché.

Autres caractéristiques des panneaux photovoltaïques :

Le panneau bi-verre :

En fonction de la technologie développée ci-dessus, l’élément actif (les cellules photovoltaïques) peut être encapsulé entre deux plaques de verre d’environ 2 mm d’épaisseur. L’avantage de ces panneaux est qu’ils sont plus résilients face aux intempéries et plus stables dans la durée. Cependant, comparé aux panneaux classiques, leur prix est plus élevé.

Le panneau bi-facial :

C’est un panneau qui peut produire de l’électricité sur les deux faces. Les cellules du dessus du panneau captent le rayonnement solaire direct, tandis que la surface de dessous capte le rayonnement réfléchi. Ainsi, ce type de panneaux permet d’augmenter les rendements !

ZOOM sur les structures :

Pour rappel, dans le cas d’une centrale photovoltaïque sur le sol, les panneaux photovoltaïques sont assemblés et montés sur des structures qui peuvent être fixes ou mobiles. Parmi les différents types de structures il existe différentes installations qui peuvent assurer une optimisation du rendement des panneaux solaires.

C’est le cas pour le tracker solaire :

Il s’agit d’un dispositif mécanique mobile, sous la forme d’un bras articulé sur lequel est monté un panneau solaire. Le tracker oriente le panneau de sorte à suivre la course du soleil tout le long de la journée. Il peut suivre un axe, principalement orienté est/ouest, ou suivre deux axes de façon à être toujours perpendiculaire au soleil. La technologie suivant deux axes est cependant relativement peu utilisée en France car nécessite d’importantes fondations en béton et beaucoup plus d’espace pour une même puissance installée. Les trackers permettent donc de maximiser la production d’électricité dans les parties les plus ensoleillées du globe. Les points faibles de cette technologie résident dans son entretien qui est plus difficile par la présence de pièces mobiles et de moteurs, la nécessité d’une topographie relativement plane, et le besoin de plus d’espace au sol que la technologie fixe pour une même puissance installée.

Les structures fixes :

Il s’agit du type de structure le plus répandu. Les panneaux sont installés sur des charpentes métalliques ancrées dans le sol ou lestées. Lorsque la topologie du terrain le permet, ces structures ne nécessitent pas de fondation en béton, c’est le cas pour le site du projet à Saucats qui bénéficiera d’un équipement entièrement réversible.

Les structures flottantes :

Ici, les panneaux solaires sont reliés entre eux par une structure métallique installée sur des flotteurs sur l’eau maintenus en place par un système d’ancrage.

L’avenir du photovoltaïque promet de nombreuses innovations technologiques.  La recherche imagine ainsi des projets audacieux, par exemple des panneaux solaires dans l’espace, des panneaux pluvio-voltaïques (utilisant la pluie) ou encore des panneaux solaires qui fonctionneraient la nuit ! 

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Comme pour tout projet d’énergie renouvelable, HORIZEO est pensé sur toute sa durée de vie jusqu’à son démantèlement. Le bail du projet HORIZEO de 40 ans s’étalerait sur une période de 37 ans d’exploitation à laquelle s’ajoutent 3 années dédiées à la construction et au démantèlement du projet.

A l’issue des 40 ans convenus dans le bail et selon le contexte énergétique national, deux scénarios pourront être envisagés :

• Un démantèlement de l’installation avec remise en état du site, déjà prévu au titre de la promesse de bail ;
• Un renouvellement du bail avec mise à jour des équipements qui le nécessitent (obsolescence, amélioration de la performance…).

Comme cela est prévu par la réglementation, le budget du démantèlement sera provisionné et les structures mises en place entièrement démantelables permettant ainsi à terme que toutes les installations soient retirées et que le terrain soit remis en état.

LA FILIERE FRANCAISE DE RECYCLAGE DES PANNEAUX EN QUELQUES CHIFFRES

Le nombre de modules photovoltaïques installés en France est conséquent. Fin septembre, 2022 la France compte près de 600 000 installations photovoltaïques toutes puissances confondues, selon l’Open Data d’Enedis. Ils sont encore relativement récents et peu d’installations ont atteint aujourd’hui leur limite d’âge.

En 2021 ce sont 3 700 tonnes de panneaux qui ont été recyclés. Un nombre amené à être de plus en plus conséquent en regard des objectifs français en matière d’installations de production d’énergie photovoltaïque pour la transition énergétique.

C’est dans ce cadre que se développe la filière de recyclage des panneaux photovoltaïques en France.

LE RECYLCLAGE DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES QU’EST-CE QUE C’EST ? COMMENT CA MARCHE ?

Alors que les premiers panneaux photovoltaïques étaient peu recyclables, du fait de leur composition, les panneaux actuels sont presque entièrement recyclables.

Ces derniers sont composés à 95% de matériaux recyclables (cuivre, argent, silicium, armature en aluminium, plaque de verre). Parmi ces composants, seuls 5 % ne sont pas recyclables. Il s’agit majoritairement de petits élément de connectique.

Il existe deux procédés permettant de recycler des panneaux photovoltaïques :

• Par traitement thermique : le plastique présent dans les panneaux est brûlé afin de séparer les cellules photovoltaïques du verre. Le verre est ensuite récupéré et les cellules sont traitées chimiquement et les composants récupérés. Une partie des matériaux recyclés, tel que le silicium, peuvent être réutilisés pour la fabrication de nouveaux panneaux.

• Le second procédé, le recyclage des panneaux solaires par broyage, s’organise en plusieurs étapes :

1. Le cadre en aluminium est séparé du reste du panneau.
2. Ce sont ensuite les câbles et le boîtier électrique qui sont récupérés, notamment pour le cuivre qui les compose. Ils sont orientés vers les autres lignes de traitement des déchets.
3. Puis, les panneaux sont découpés en lamelles grâce à différents broyeurs. Cela permet de récupérer le verre, les composites et le silicium.

Chaque élément broyé rejoint ensuite une filière de recyclage qui lui est propre.

Mieux comprendre le recyclage des panneaux photovoltaïques par broyage :

ZOOM SUR UNE UNITE DE TRAITEMENT : UN SITE DE REEMPLOI ET DE TRAITEMENT DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES A SAINT-LOUBES EN GIRONDE

C’est une première en Europe. L’unité de traitement de panneaux photovoltaïque Envie2E de Saint-Loubès, la troisième unité de traitement mise en fonction en France, utilise une technologie innovante importée du Japon, la « délamination ». Cette technologie, grâce à l’utilisation d’une lame chaude (300°C), permet notamment de découper le panneau et de séparer les différentes composantes du panneau :

• Verre (75 % à 80 % du panneau) ;
• Aluminium ;
• Plastique ;
• Cuivre ou argent ;
• Silicium.

afin de récupérer le maximum de matières premières permettant une valorisation du panneau estimée aujourd’hui à 95%.

Mieux comprendre le recyclage des panneaux photovoltaïques par délamination :

Pour en savoir plus sur cette unité de traitement, la technologie employée et l’avenir d’une telle filière qui est en train de se structurer en France, vous pouvez visionner le reportage du magazine Actu-Environnement disponible sur YouTube et ci-dessous :