L’énergie solaire a toujours fait l’objet de nombreux mythes. Certains pensent que le photovoltaïque est un investissement trop coûteux inutile en hiver – pour en savoir plus, cliquez ici. D’autres affirment que la fabrication des composants photovoltaïques génère plus de CO2 qu’ils n’en économisent pendant leur fonctionnement. Qu’en est-il de ces affirmations ? Nous analysons ici le bilan carbone du panneau solaire pour comprendre l’impact environnemental du photovoltaïque.
À première vue, la réponse à la question de savoir si le photovoltaïque permet de réduire les émissions de CO2 semble simple : rayons du soleil + panneaux solaires = électricité. L’utilisation directe n’entraîne donc aucune émission de CO2. Enprincipe, le panneau solaire est écologique Mais seulement à première vue.
Enfin, les modules solaires, l’onduleur et, le cas échéant, le système de stockage d’énergie doivent être installés sur la toiture et dans le local technique, puis mis en service. Avant que cela ne soit possible, la livraison doit être effectuée via un moyen de transport adapté. Et avant que cela ne fasse à son tour l’objet d’un débat, il faut que quelqu’un se charge d’extraire les matériaux nécessaires à la fabrication, de les traiter et de les transformer en produits qui composent une installation photovoltaïque. C’est l’ensemble du processus qui définit l’impact environnemental du panneau photovoltaïque. Un aspect bien trop souvent négligé concerne le recyclage : que deviennent les composants photovoltaïques à la fin de leur durée de vie ? Le fait qu’ils finissent dans une décharge ou dans une usine d’incinération, ou qu’ils soient au moins partiellement recyclés, a un impact plus ou moins important sur l’environnement et l’éventuelle pollution liée au panneau solaire
Comme vous le voyez, la chaîne de valeur de la technologie photovoltaïque englobe plusieurs secteurs industriels et de services :
- L’extraction de matières premières
- La fabrication de composants individuels
- Le transport
- Les travaux d’installation et de maintenance
- La gestion des déchets et le recyclage
Il nous faut examiner de plus près le cycle de vie d’une installation photovoltaïque, du début jusqu’à la fin, afin d’établir un bilan carbone du panneau photovoltaïque Pour ce faire, nous nous appuyons sur les études de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) ainsi que du Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE, Institut Fraunhofer pour les systèmes photovoltaïques). Ce dernier a certifié l’analyse du cycle de vie du Fronius Symo GEN24 10.0 Plus, menée par Fronius en coopération avec to4to – together for tomorrow. Il convient donc de préciser d’emblée que les données portent sur les panneaux solaires en général et sur les onduleurs Fronius en particulier. Nous ne prenons pas en compte les cycles de vie et les émissions de CO2 des autres fabricants d’onduleurs.
En réalité, nous devrions systématiquement parler d’équivalents CO2, car plusieurs gaz à effet de serre entrent en ligne de compte pour le potentiel de réchauffement global. Par souci de simplicité, nous mentionnons dans ce blog des émissions de CO2 de manière générale.
1. Extraction des matières premières et composants pour les panneaux photovoltaïques
La fabrication de panneaux solaires et d’onduleurs photovoltaïques dépend de l’extraction et du traitement de certaines matières premières rares. Le sable de quartz est l’une des matières premières les plus importantes, car c’est à partir de celui-ci que l’on extrait le silicium, indispensable à la fabrication des modules et des composants semi-conducteurs. Ce processus nécessite des températures élevées, comprises entre 1 500 et 2 000 °C, ce qui en fait la phase la plus gourmande en énergie de la fabrication d’équipements photovoltaïques. Le mix électrique utilisé joue un rôle essentiel dans l’empreinte carbone du panneau photovoltaïque.
| Le saviez-vous ? Neuf des dix plus grands fabricants de polysilicium sont chinois. À eux seuls, ils détiennent 93,5 % des parts de marché. Le mix électrique chinois repose en moyenne à 61 % sur l’énergie issue du charbon. Celle-ci a une empreinte carbone élevée. En Chine, la fabrication de modules solaires génère en moyenne 810 kg de gaz à effet de serre par kilowatt-crête de puissance des modules. Jusqu’à 50 % des émissions sont imputables à la production de silicium. En comparaison, les modules semblables fabriqués en Allemagne émettent environ 580 kg de CO2 par kilowatt-crête de puissance du module.* *Source : https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2021/europaeische-glas-glas-pv-module-sind-besonders-klimafreundlich.html |
On a tendance à sous-estimer l’importance du verre dans la fabrication de panneaux solaires. La majeure partie du poids, soit 70 %, revient à ce matériau issu du sable. Bien que sa fabrication soit moins gourmande en énergie que le traitement du silicium, le verre a néanmoins un impact significatif sur le bilan énergétique global en raison de sa masse. Pour les panneaux avec film, il faut ajouter le cadre en aluminium, qui représente entre 10 et 15 % de l’empreinte carboned’un panneau photovoltaïque . En effet, la production d’aluminium nécessite elle aussi d’importantes quantités d’électricité.
Le cuivre, l’étain, ainsi que l’argent, l’or et le palladium sont d’autres matériaux indispensables à l’industrie photovoltaïque. Ces métaux précieux, en particulier les derniers cités, sont considérés comme des matières premières critiques. Cela nous amène d’ailleurs au composant photovoltaïque essentiel suivant : l’onduleur.
En tant que fabricant d’onduleurs, nous avons le privilège de disposer d’informations de première main : plus de 40 % de l’empreinte carbone totale du Fronius Symo GEN24 10.0 Plus proviennent des composants lorsque l’onduleur est utilisé dans une installation photovoltaïque en Autriche. Il est donc étonnant de constater que, bien que les composants semi-conducteurs ne représentent qu’une part marginale du poids de l’onduleur (à savoir 0,1 %), ils sont responsables de 23,9 % de son empreinte carbone au niveau des composants. Les condensateurs et les cartes électroniques font également partie des composants les plus gourmands en énergie d’un onduleur Fronius. Bien qu’ils ne représentent respectivement que 3,2 % et 2,5 % de son poids, ils sont à l’origine de 18,5 % des 315,6 kg de CO2 émis par l’ensemble des composants. La situation est tout autre en ce qui concerne les matières plastiques et l’aluminium nécessaires. Fronius utilise de l’aluminium recyclé : celui-ci a un impact environnemental moindre malgré sa forte proportion de 29,1 %. Environ 15,2 % de l’empreinte carbone des composants sont imputables à ce métal léger.
2. Fabrication des panneaux solaires
Pour la fabrication de cellules solaires, le silicium purifié doit être découpé en fines tranches, appelées « wafer », puis nettoyé. Ce processus nécessite beaucoup d’énergie et représente 15 à 20 % des émissions totales. La phase suivante de production des cellules, au cours de laquelle les « wafers » sont rugosifiés, dopés et laminés, génère 10 à 15 % supplémentaires des émissions de CO2. Lors du dopage, on introduit de manière ciblée des atomes étrangers dans le silicium afin de créer une face chargée positivement et une face chargée négativement, ce qui permet ainsi à l’électricité de circuler.
En revanche, la fabrication d’un onduleur Fronius ne représente qu’une part modeste de ses émissions de CO2. Outre l’aluminium recyclé, le mix énergétique composé de l’énergie solaire produite par le toit de notre propre hall de production et d’électricité verte provenant du réseau réduit considérablement les émissions de gaz à effet de serre générées par la production. Dans le bilan carbone du panneau solaire, seuls 1,3 % des émissions totales sont imputables à l’énergie consommée au cours du processus de fabrication.
3. Comment le transport impacte-t-il le bilan carbone de panneau solaire ?
Le transport des matières premières vers le fabricant de composants, la livraison des composants sur le site de l’installation, puis vers le centre de recyclage n’ont qu’une faible incidence sur le bilan carbone de panneau photovoltaïque. Nous ne voulons toutefois pas l’ignorer. Plus la distance de transport est longue, plus l’énergie nécessaire est, par nature, importante. Les composants importés d’Asie vers l’Europe ont une empreinte carbone plus importante.
Ce n’est pas seulement la distance qui est déterminante, le moyen de transport joue également un rôle crucial. Si les avions-cargos peuvent acheminer rapidement les composants photovoltaïques vers leur destination, ils génèrent toutefois les émissions de gaz à effet de serre les plus importantes par composant transporté. La voie maritime est plus efficace, mais plus longue. Il faut par exemple prévoir un peu moins d’un mois pour un trajet en porte-conteneurs entre Shanghai et l’Europe occidentale. Le transport par camion et par train a une empreinte écologique modérée.
Quel est donc l’impact du transport sur le bilan carbone de panneau photovoltaïque ? ? Environ 3 % de l’empreinte carbone totale des panneaux solaires fabriqués en Chine sont imputables à leur importation vers l’Europe. Cela ne semble pas très dramatique. Pourtant, les panneaux solaires fabriqués en Europe sont, en moyenne, nettement plus écologiques. Par rapport à leurs homologues asiatiques, leurs émissions de CO2 sont réduites d’environ 40 % grâce à un mix énergétique moins polluant dans la production et à des distances de transport plus courtes, comme l’a calculé le Fraunhofer Institut dans un communiqué de presse publié en 2021.
Du côté des onduleurs, les circuits de distribution contribuent encore moins aux émissions, surtout si l’on reprend l’exemple de Fronius. « En évitant le transport aérien et en privilégiant plutôt les trains, les camions et les porte-conteneurs, nous réduisons les émissions de CO2. La livraison des matières premières et la distribution aux clients en Autriche ne représentent que 1,1 % des émissions totales des onduleurs Fronius », explique Anthony Moises, expert en énergie solaire chez Fronius International. Lors de l’exportation de l’onduleur, cette proportion augmente bien entendu légèrement.
4. Installation, maintenance et exploitation des panneaux solaires
L’installation des composants photovoltaïques ainsi que leur maintenance ne représentent elles aussi qu’un faible pourcentage dans le rapport panneau solaire et pollution. L’utilisation de machines et d’outils fonctionnant en partie à l’électricité et en partie à l’aide d’énergies fossiles ne génère que des émissions de gaz à effet de serre négligeables.
Mais c’est son fonctionnement qui est bien plus intéressant : tout le monde sait que le soleil ne brille pas la nuit. Les installations photovoltaïques, en particulier celles qui ne sont pas raccordées à une batterie, sont donc « inactives » la moitié du temps et ne produisent pas d’électricité. « Mais l’onduleur ne dort jamais », explique Anthony Moises. « D’une part, il vérifie régulièrement si le réseau public est stable. D’autre part, il reste toujours opérationnel pour détecter le lever du soleil suivant et diriger les flux d’énergie. La communication avec les compteurs intelligents, les systèmes de stockage par batterie et les applications de surveillance nécessite également une faible consommation d’électricité. » Au total, cette consommation dite « nocturne » se situe entre 2 et 10 watts (sans batterie) ou entre 20 et 200 watts (avec batterie). Soit une valeur très faible. Mais comme les onduleurs fonctionnent pendant des années, l’empreinte carbone liée à la consommation électrique nocturne finit par s’accumuler, en particulier lorsqu’ils ne sont pas couverts par le stockage sur batterie propre, mais par le réseau électrique public.
Dans le cas du Fronius GEN24 10.0 Plus, la consommation nocturne représente respectivement 37,6 % (AT) et 47,2 % (DE) de l’ empreinte carbone photovoltaïque. La part exacte dépend fortement du mix énergétique propre à chaque pays et peut être encore plus élevée dans d’autres pays. Ainsi, en Australie, la consommation nocturne représente plus de 63 % de l’empreinte carbone totale de l’onduleur.
Même si l’onduleur Fronius affiche un rendement supérieur à 98 %, son fonctionnement entraîne des pertes sous forme de chaleur. Celles-ci sont responsables respectivement de 22,5 % (AT) et de 19,6 % (DE) de l’empreinte carbone.
5. Recyclage
Une installation photovoltaïque a une durée de vie de plusieurs décennies. Mais même les meilleurs composants finissent par atteindre leurs limites. Heureusement, la plupart des composants photovoltaïques peuvent être recyclés. Il existe différentes stratégies pour la gestion de fin de vie (gestion EOL). Alors que la collecte dans une décharge et l’incinération totale ont un impact supplémentaire sur l’environnement, le recyclage peut améliorer considérablement le bilan carbone photovoltaïque.
C’est en recyclant les composants individuels démontés que l’on obtient des panneaux solaires écologiques et le plus grand bénéfice pour l’environnement. L’objectif est de récupérer les matières recyclables en les triant autant que possible par type et d’éliminer les substances nocives. Une fois démontés, certains composants, comme le verre et l’aluminium, peuvent être directement séparés et réutilisés, tandis que le silicium nécessite un traitement thermique. À plus de 500 °C, il se détache du stratifié. Le nettoyage chimique qui suit élimine les résidus d’argent, de cuivre, d’étain de soudure et de plastiques, de sorte que le silicium récupéré peut servir de base à la fabrication de nouveaux cristaux de silicium et être utilisé dans les panneaux solaires. Un module solaire standard permet de récupérer environ trois kilogrammes de silicium ainsi que plusieurs grammes d’argent et de cuivre. Pour les panneaux solaires, le taux de recyclage peut atteindre 95 % du poids du panneau.
Les onduleurs qui ont atteint la fin de leur durée de vie peuvent également être recyclés de manière optimale. Dans certains pays, le recyclage est obligatoire. Dans son « Elektroaltgeräteverordnung » (règlement sur les déchets d’équipements électriques et électroniques), l’Autriche impose un taux de valorisation des matériaux d’au moins 85 % pour les onduleurs, les panneaux solaires et les batteries de stockage. L’aluminium utilisé pour les dissipateurs thermiques et les boîtiers, le cuivre contenu dans les bobines et les câbles, ainsi que les petites quantités de métaux précieux indispensables à la fabrication des circuits imprimés, peuvent être recyclés. Les plastiques, en revanche, ne sont recyclables que dans une certaine mesure. Une fois éliminés, ils sont généralement incinérés pour produire de l’énergie.
Au total, la mise au rebut des composants photovoltaïques représente entre 2 et 5 % de leurs émissions totales de gaz à effet de serre. Par ailleurs, le recyclage des matériaux permet de réaliser des économies substantielles par rapport à leur extraction à l’état brut et favorise ainsi la fabrication économe en énergie de nouveaux composants d’installations. Grâce à une gestion efficace de la fin du cycle de vie, les produits peuvent même bénéficier d’un crédit carbone.
Dans le cas du Fronius Symo GEN24 10.0 Plus, le recyclage des métaux suivi de l’incinération des déchets génère un crédit carbone de 20 kg. En revanche, la mise en décharge et l’incinération pure des déchets généreraient respectivement 6,8 et 2,6 kg d’équivalent CO2 (voir graphique).
Quelle quantité de CO2 une installation photovoltaïque permet-elle réellement d’économiser ? Un exemple de calcul
Tout cela est bien beau. Cela ne répond toutefois pas à la question de savoir quelle quantité de CO2 les installations photovoltaïques permettent d’économiser par rapport au courant d’alimentation. Pour notre exemple, nous examinons deux installations photovoltaïques fictives sur l’ensemble de leur cycle de vie, soit 30 ans. La première se trouve à Vienne, la seconde à Francfort. Les deux installations comptent le même nombre de panneaux, pour une puissance totale de 10 kWc, et sont équipées d’un onduleur Fronius GEN24 10.0 Plus. Dans notre exemple, nous partons du principe que l’onduleur sera remplacé au bout de 20 ans, ce qui signifie que nous prenons un impact environnemental de 1,5 onduleur en compte dans notre calcul. Les deux installations solaires doivent être comparées au mix énergétique typique du pays.
Le rapport coût-bénéfice est sans équivoque : l’empreinte carbone de l’installation photovoltaïque située à Vienne s’élève à environ 10,8 tonnes, celle de l’installation située à Francfort étant légèrement supérieure, en raison des distances de transport plus longues et d’un mix électrique spécifique à ce pays qui est plus émetteur.
Les installations photovoltaïques peuvent rapidement compenser cet impact environnemental, car chaque kilowattheure d’électricité produit « coûte » seulement 28,7 ou 30,7 g d’équivalent CO2 sur une durée de 30 ans. C’est nettement plus économe que les 344 g d’équivalent CO2 générés en moyenne par un kilowattheure d’électricité produit à partir du mix énergétique allemand. Concrètement, en Allemagne, une installation photovoltaïque permet, en moins de 1,7 années, d’économiser autant de CO2 que sa fabrication en a émis. Nous appelons cette valeur (1,7 années) le « temps de retour carbone », comme vous pouvez le voir dans le tableau. Ce terme désigne le temps nécessaire à une installation photovoltaïque pour compenser son empreinte carbone. En Autriche, cela prend certes près d’un an de plus, mais d’un point de vue environnemental, l’énergie solaire reste tout de même très vite rentable.
Sur une durée d’exploitation de trois décennies, l’installation en Autriche peut générer un bénéfice net de plus de 115 tonnes d’équivalent CO2, tandis que celle d’Allemagne en générera même nettement plus, avec pas moins de 177,9 tonnes. C’est respectivement 11,8 et 17,2 fois plus que ce qu’ont coûté la fabrication et l’installation de l’installation.
Pourquoi une différence si marquée ? Ce qui peut sembler déroutant à première vue s’explique facilement. Le mix énergétique allemand diffère considérablement de celui de l’Autriche. Alors que l’Autriche mise avant tout sur l’énergie hydraulique et éolienne pour son approvisionnement énergétique, l’Allemagne intègre dans son mix énergétique beaucoup plus de lignite, de houille et de gaz naturel – des sources d’énergie qui ont une empreinte carbone plus importante. Pour illustrer cela : 75 à 80 % de l’électricité qui sort des prises autrichiennes provient de sources renouvelables ; en Allemagne, ce chiffre s’élève actuellement à environ 57 %.
| AT | DE | ||
| Émissions de PRG en kg d’équivalent CO2 (30 ans, installation photovoltaïque complète, rapport de récupération de 1,5) | kg CO2e | 10 755,95 | 10 989,65 |
| Bénéfices totaux en CO2 (kg équivalent CO2, 30 ans) | kg CO2e | – 126 399,09 | – 188 940,91 |
| Bénéfices nets | kg CO2e | – 115 643,14 | – 177 951,26 |
| Rapport coûts/bénéfices | 11,8 | 17,2 | |
| Temps de retour carbone | Année | 2,6 | 1,7 |
Conclusion : les panneaux solaires sont écologiques
Extraction des matières premières, fabrication des différents composants, transport, travaux de montage et de maintenance, gestion des déchets et recyclage : tous ces facteurs ont une influence déterminante sur le bilan carbone photovoltaïque.
Il est vrai que la technologie solaire dépend de certains métaux précieux rares, de l’aluminium, du verre ainsi que du silicium, dont l’extraction nécessite une grande quantité d’énergie. Or, de nombreux produits proviennent de pays qui couvrent une grande partie de leurs besoins énergétiques grâce à des centrales à charbon, ce qui alourdit l’impact environnemental du photovoltaïque.. Lors de l’analyse du cycle de vie des installations photovoltaïques, il ne faut pas négliger les circuits d’approvisionnement des matières premières et des produits jusqu’à leur destination finale, pas plus que la gestion des déchets une fois que les composants ont atteint la fin de leur cycle de vie.
Néanmoins, les deux installations que nous avons citées en exemple en Autriche et en Allemagne peuvent générer d’énormes réductions d’émissions de CO2. En fonction du mix énergétique du pays concerné, elles permettent d’économiser 11,8 à 17,2 fois plus d’équivalent CO2 que la quantité de gaz à effet de serre générée par leur fabrication. Bien sûr, chaque installation photovoltaïque est unique en raison de son emplacement et de ses composants, et produira des quantités d’énergie solaire variables au cours de son exploitation.
Pour résumer, d’un point de vue environnemental, le photovoltaïque est bien rentable.
Remarque : dans cet article, nous nous sommes appuyés sur les données de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) ainsi que du Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE, Institut Fraunhofer pour les systèmes photovoltaïques). Les calculs ont été effectués sur la base de la moyenne de différents types de panneaux en termes d’efficacité et d’empreinte écologique. Enfin, il existe différents types de panneauxs, de qualité variable, qui sont fabriqués principalement en Asie, mais pas exclusivement. En ce qui concerne l’onduleur, nous avons utilisé nos propres produits et avons mis en service notre Fronius Symo GEN24 10.0 Plus. Chez Fronius, comme nous renonçons au transport aérien et que nous fabriquons nos produits en utilisant l’électricité produite par notre propre toiture ainsi que de l’électricité verte, nous pouvons réduire l’empreinte carbone de nos onduleurs. Cela signifie que, si vous utilisez un onduleur d’un autre fabricant, les chiffres relatifs à votre installation photovoltaïque existante ou planifiée peuvent différer de ceux indiqués dans cet article de blog.
Vous souhaitez en savoir plus sur les avantages environnementaux du Fronius Symo GEN24 10.0 Plus ? Notre analyse du cycle de vie vous fournit de nombreux autres faits et chiffres intéressants.
