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Habitat EnR : les panneaux photovoltaïques, une technologie rentable

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De nombreuses personnes souhaitent avoir un avis sur la question : est-ce que le photovoltaïque est un moyen rentable de produire de l’électricité ? Dans ce dossier, Habitat EnR, spécialiste des énergies renouvelables, tente de répondre à cette question de manière la plus complète possible.

Comment récupérer l’énergie du soleil ?

Avant toute chose, Habitat EnR rappelle que l’on récupère déjà cette énergie, sans rien faire. Quand le soleil brille, il n’est pas nécessaire d’allumer la lumière et quand les rayons du soleil viennent réchauffer notre maison, on n’a pas besoin de chauffage. La façon la plus efficace d’exploiter l’énergie solaire est d’avoir une maison bien conçue, bien isolée, bien orientée pour récupérer la lumière et la chaleur du soleil.
Cependant, pour récupérer l’énergie solaire il existe plusieurs techniques différentes. La plus connue est celle des panneaux solaires photovoltaïques.

Le photovoltaïque porte bien son nom puisqu’il convertit directement la lumière, “photo” en grec, en électricité, “voltaïque” faisant référence au physicien italien Alessandro Volta, pionnier dans la recherche sur l’électricité. On passe donc d’une énergie radiative, celle associée au rayonnement solaire, à une énergie électrique.

Pour transformer ce rayonnement, il existe de nombreuses techniques mais les technologies à base de silicium constituent la majorité des installations existantes et la majorité de celles que l’on installe. C’est également les technologies qui sont considérées dans des scénarios comme celui de l’ADEME.

Comment fonctionnent les panneaux photovoltaïques ?

Lorsque l’on expose un semi-conducteur comme le silicium à de la lumière, certains électrons sont arrachés aux atomes de silicium et laisse un trou derrière eux. Si rien n’est fait, le trou se recombine avec un électron pour revenir à l’état initial. Dans une cellule photovoltaïque, on souhaite éviter cette recombinaison et donc forcer les électrons dans une direction, les trous dans une autre, ce qui va créer un courant électrique. Pour y arriver on va créer ce qu’on appelle une jonction PN. Pour cela on assemble deux couches. Dans la première, qui est généralement en dessous, certaines impuretés sont ajoutées comme des atomes de Bore pour la rendre moins riche en électrons et donc les attirer.

Dans la deuxième, c’est l’inverse on va ajouter des atomes riches en électrons comme le phosphore qui vont augmenter le nombre d’électrons. Au niveau de la jonction entre les deux couches, les électrons ne peuvent pas passer, il suffit ensuite d’ajouter des contacts des deux côtés de la cellule en silicium. Quand on illumine cette cellule, les charges négatives s’accumulent dans la deuxième couche et les charges positives dans la première. Il suffit de mettre les deux en contact pour obtenir un courant électrique. Les cellules photovoltaïques sont en plus recouvertes d’une couche anti-reflet pour maximiser l’absorption de la lumière par la cellule.

Cette cellule va convertir le rayonnement solaire en électricité, y compris une partie des rayonnements infrarouges et ultraviolets. Et pas uniquement les rayonnements visibles même si on ne va évidemment pas tout récupérer. La cellule est le constituant le plus important d’un panneau photovoltaïque qui est un empilement de différentes couches. La première, c’est une plaque de verre avec un traitement anti-reflet. Ensuite, il y a une couche barrière qui protège les cellules de l’oxygène et de l’eau qui participent à leur dégradation. 

Sous cette couche, on trouve les cellules photovoltaïques soudées en série, typiquement une soixantaine. On forme donc un mille-feuille solide maintenu par un cadre en aluminium. Un panneau classique fait 1,60 m de long, 1 m de large et pèse autour de 25 kg. Ce panneau photovoltaïque sera capable de subir les intempéries pendant plusieurs années. Vous pouvez avoir des informations plus spécifiques sur le photovoltaïque en vous rapprochant de professionnel compétant tel que Habitat EnR. N’hésitez pas à visiter leur site : https://www.habitat-enr.fr/

Quelle est la durée de vie des panneaux photovoltaïques ?

D’après l’avis d’Habitat EnR, les panneaux photovoltaïques actuellement commercialisés garantissent 30 ans de durée de vie en se basant sur des expériences de vieillissement accéléré en laboratoire.
Le rendement des cellules photovoltaïques se dégrade légèrement au fil du temps. De plus, étant continuellement exposés aux intempéries, ils peuvent finir pas s’abimer.  Les panneaux photovoltaïques ne se réparent pas vu que les différentes couches sont fusionnées entre elles.

Est-il possible de recycler un panneau photovoltaïque ?

Les panneaux ont besoin d’un cadre en aluminium, de verre, de plastique, de cellules en silicium, de cuivre et d’argent pour conduire l’électricité. En théorie, tous ces matériaux peuvent être récupérés et recyclés. Tous ces matériaux sont abondants et recyclables, ce qui est une des grandes forces des technologies à base de silicium.
Une fois le cadre en aluminium retiré, on peut brûler le plastique pour séparer le verre des cellules photovoltaïques. Les cellules sont traitées chimiquement pour récupérer les contacts métalliques puis le silicium peut être refondu pour former d’autres cellules. L’aluminium et le verre se recyclent également. Le taux de récupération des composants est estimé à près de 90%. Les panneaux photovoltaïques à base de silicium se recyclent donc bien, pour les différents types de cellules, qu’elles soient constituées de silicium monocristallin ou polycristallin.

Les différences entre les panneaux en silicium mono et polycristallin

On voit clairement sur les cellules photovoltaïques les différences entre le polycristallin où plusieurs cristaux sont visibles et le monocristallin qui est uniforme. Les panneaux sont également facilement différentiables. Ceux en silicium polycristallin sont bleus alors que ceux mono sont noirs.
Habitat EnR précise aussi que l’efficacité d’un panneau photovoltaïque décroît avec la température. Pour du silicium, on perd autour de 0.5% de l’efficacité par degré. De ce fait, les polycristallins sont avantagés dans les régions chaudes parce qu’ils sont plus clairs et donc chauffent moins.

L’intérêt des panneaux solaires pour l’usage domestique

L’électricité produite par le photovoltaïque est proportionnelle à la surface de panneaux. Ce qui en fait un bon candidat pour les usages domestiques. Pour savoir si cette technologie est rentable, il faut regarder le taux de retour énergétique. Pour un panneau photovoltaïque, c’est l’énergie que va fournir ce panneau pendant sa durée de vie sur l’énergie que le panneau photovoltaïque aura coûté. Si ce taux de retour énergétique est inférieur à 1, le système demande plus d’énergie qu’il n’en fournit, c’est donc un puits d’énergie au lieu d’être une source. Une étude montre un taux de retour énergétique qui dépend des technologies mais qui n’est vraiment pas mal.

On voit que les panneaux au silicium qui sont les plus répandus ont un taux de retour énergétique de plus de 8. Dans le milieu du photovoltaïque, on préfère parler du temps qu’il faut à un panneau pour fournir autant d’énergie qu’il en a fallu pour le concevoir. Un taux de retour énergétique autour de 10 veut dire qu’il faut environ trois ans de fonctionnement d’un panneau pour rembourser l’investissement initial en énergie alors que dans les années 2000 il fallait une dizaine d’années. L’amélioration du taux de retour énergétique au fil du temps est une tendance lourde et des études scientifiques prévoient que la tendance continue sur cette voie.

Les panneaux photovoltaïques nous permettent de convertir l’énergie radiative de notre cher soleil en électricité. Le taux de retour énergétique des panneaux photovoltaïques est tout à fait correct et cela implique que l’énergie utilisée pour les produire et les installer est amortie en quelques années d’utilisation. Par contre un taux de retour énergétique autour de 8-10 peut vite se faire grignoter dans des régions avec un ensoleillement moins bon ou si l’installation solaire implique d’importants moyens de stockage et le renforcement du réseau de distribution. Les panneaux photovoltaïques à base de silicium sont composés pour la majorité de matériaux recyclables.

Pour déployer une technologie à grande échelle, l’acceptabilité du public est une variable importante et le photovoltaïque a une bonne image, bien meilleure que celle du nucléaire ou même de l’éolien. D’après l’avis d’Habitat EnR, c’est aussi un de ses avantages. Les coûts continuent de chuter et la puissance installée connaît une croissance exponentielle. Il est difficile de savoir pendant combien de temps cette tendance se poursuivra mais les panneaux photovoltaïques pourraient fournir un cinquième de l’électricité mondiale en 2050.

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