SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES École polytechnique universitaire de Lille LANCRY Ophélie POL Mathieu Janvier 2006 LE CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES ITEC 3

INTRODUCTION Souci de protection de l’environnement Demande toujours croissante en énergie et épuisement des réserves exploitables Solutions alternatives : Augmentation du rendement des systèmes de production classiques (c’est-à-dire alimentés par des sources primaires fossiles comme le gaz, le charbon, le pétrole …) Utilisation des sources d’énergie renouvelables (solaire, éolien, biomasse) dont l’exploitation ne produit a priori pas de gaz à effet de serre. Énergie renouvelable : émissions produites lors de la fabrication du matériel, du transport et du démantèlement à la fin du cycle de vie.

PLAN INTRODUCTION 1. Le système photovoltaïque 1.1 Rappel sur l’effet photovoltaïque 1.2 Structure d’un système photovoltaïque 2. Cycle de vie des systèmes photovoltaïques 2.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques 2.2. Consommations énergétiques associées à la production des modules photovoltaïques 2.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque 3. Avantages et inconvénients d’une installation photovoltaïque 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ? 5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ? CONCLUSION

LE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE 1.1. Rappel sur l’effet photovoltaïque Cellules photovoltaïques fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs (propriété de convertir la lumière qu’ils reçoivent en charges électriques) Zone n : excès d’électrons Zone p : défaut d’électrons ou excès de trous Source : http://www.eeaq.ca/DRAFT/Le_Soleil/le_soleil.html Interaction entre un photon de lumière solaire et un atome : électron excité, arraché de sa structure électronique et entraîné dans le champ électrique de la jonction . Sous l’effet des dipôles, les porteurs vont s’accumuler sur chacune des faces extérieures des zones p et n, ainsi une différence de potentiel entre les faces extérieures de la jonction est créée

LE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE 1.2. Structure d’un système photovoltaïque Tension d’une cellule photovoltaïque : 0,5 V Plusieurs cellules PV sont connectées entre elles pour fournir au récepteur extérieur une tension et une puissance adéquate Ces ensembles sont encapsulés dans des modules étanches Les modules sont assemblés en panneaux Installation en site isolé : Dispositifs de stockage de l’énergie produite : batteries au plomb le plus souvent et au nickel cadmium plus rarement (consommation de 3 à 7 jours sans recharge). Régulation de charge et de décharge : protection des batteries contre les surcharges et décharges excessives, prolongation de leur durée de vie (5 à 7 ans) Installation raccordée au réseau : un onduleur transforme le courant continu produit par le générateur photovoltaïque en courant alternatif adapté aux normes industrielles (monophasé ou triphasé, 50 ou 60 Hertz).

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques Schéma du processus de fabrication d’un module PV Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques Schéma simplifié des flux de matières entrant dans la fabrication d’une installation PV Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.2. Consommations énergétiques et émissions associées à la production des modules photovoltaïques Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque Étapes du cycle de vie : Réduction de la Silice pour obtenir du Silicium Purification du Silicium Moulage des lingots et découpe des plaquettes Fabrication des cellules photovoltaïques Fabrication des modules Montage et intégration au bâtiment Fabrication de l’onduleur et de l’installation électrique Utilisation et entretien du système Dépose et gestion des déchets

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque Résultats : Bilan favorable Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES 2.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque Normalisation des impacts Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnemental Le bilan énergétique est favorable puisqu’un panneau rends l’énergie nécessaire à sa fabrication en 2 à 4 ans d’exposition. Le système est non polluant à l'utilisation et donc s'inscrit dans le principe du développement durable. Le photovoltaïque est une source d'énergie renouvelable car inépuisable. Réduction des coûts de distribution dans certaines régions tout particulièrement dans les régions situées entre l’équateur et les 45éme parallèles. Coût de fonctionnement faible. Grande fiabilité.

3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnemental Le coût est actuellement élevé, soit environ 550€/m² de cellules solaires. Le rendement des cellules photovoltaïques reste assez faible , environ 20%. La production ne peut se faire que de jour alors que la plus forte demande se fait la nuit. Et le stockage de l'électricité est quelque chose de très difficile de nos jours. ( coût éconologique des batteries très élevé ). Durée de vie : 20 à 25 ans. Sensible aux dégradations environnementales, telles que la mousse, les déjections d’oiseaux, la grêle, … Tributaire des conditions météorologiques.

Moyenne annuelle de l’énergie reçue en KWh / m² . jour 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ? Le soleil est une source d’énergie gratuite, dont l’apport annuel sur le sol français représente un potentiel énergétique de plus de 50.000 Millions de tonnes équivalent pétrole. Moyenne annuelle de l’énergie reçue en KWh / m² . jour

4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ? La consommation finale en France a été de 420 TWh en 2003. Si nous considérons les productions brutes, il serait nécessaire de recouvrir 5000 km² pour assurer la production française, soit 1% du territoire. En couvrant la moitié de surfaces de toits existantes, la production photovoltaïque serait en mesure de produire en 20 et 40 % de la demande totale. Problème : Une part importante de la consommation à lieu la nuit, et nous consommons plus d’énergie l’hiver que l’été. L’électricité doit donc être stockée et les ennuies commencent.

Le stockage intégré à la filière de production : 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ? Le stockage intégré à la filière de production : Imaginons deux types de stockage. La pile à combustible : Rendement de l’ensemble environ 30%. Les batteries au plomb : Rendement de l’ensemble environ 60%. Il faudrait donc couvrir une surface comprise entre 2 et 4% de la France. Il apparait donc impossible d’utiliser ce système comme la seule source de production d’électricité. Nous devons donc continuer pour l’instant à utiliser les centrales nucléaires.

5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ? Problématique : Le photovoltaïque est considéré comme une source d’énergie chère, qu’en est-il réellement ? Analyse économique d’une installation de 3 kW : Primes et subventions : La technologie photovoltaïque est très soutenue financièrement. Il existe en France, 4 types de primes et de subventions. Subvention ADEME : 15 % du montant TTC, plafonnée à 4,6 € / Wc installé. Subvention Europe : 35 % du montant total HT. Subvention région : Entre 0 et 30 % du total TTC. Financement indirect : TVA à 5,5 % et crédit d’impôt.

5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ? Analyse économique d’une installation de 3 kW : Bilan de l’installation en fonction de la région. Moyenne annuelle de l’énergie reçue en KWh / m² . jour

5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ? Analyse économique d’une installation de 3 kW : Conclusion : => Une réponse générale ne peut être apportée, chaque cas doit être étudié soigneusement. Les paramètres à prendre en compte : Subventions et primes. Le tarif de rachat. Le cout du raccord au réseau. L’ensoleillement moyen. L’orientation des panneaux. Les éventuels obstacles qui pourrait diminuer l’éclairement du champ.

Conclusion L’intérêt d’un investissement en France n’est pas certain. Les systèmes photovoltaïque comme chaque produit industriel a un impact sur l’environnement. => Le principal impact est du à la fabrication. => Bilan est largement positif et aucune pollution à l’utilisation. => L’ensemble des matériaux de bas constituant les cellules photovoltaïque sont recyclables par le réseau traditionnel. => On peut donc considérer ce moyen de production comme écologique. => Ce systèmes permettent de recycler le silicium impropre à une utilisation en électronique. => Principal inconvénient le coût éconologique des batteries. Ces systèmes permettent d’alimenter des pays en voie de développement. L’avenir du photovoltaïque : => Une baisse importante des coûts de fabrication est envisageable. => Amélioration des techniques de fabrication nécessitant moins d’énergie.

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