L’énergie solaire, source inépuisable et propre, joue un rôle essentiel dans la transition énergétique mondiale. Exploitée à l’aide de technologies comme les panneaux photovoltaïques, elle permet de convertir la lumière du soleil en électricité de manière efficace et durable. Ces dispositifs, composés de cellules semi-conductrices, captent les photons solaires pour générer un courant électrique exploitable. Pour les amateurs de bricolage, l’installation de panneaux solaires peut être un projet passionnant et enrichissant, permettant à chacun de contribuer à la production d’une énergie plus verte tout en réalisant des économies sur ses factures. Avec ses multiples avantages – réduction des émissions de gaz à effet de serre, diminution de la dépendance aux énergies fossiles et potentiel d’installation décentralisée – l’énergie solaire s’impose comme une solution clé pour répondre aux défis énergétiques et environnementaux actuels.
Les fondamentaux de la production photovoltaïque
Les panneaux solaires sont fabriqués à base de silicium, avec un cadre en aluminium et une plaque de verre protectrice. On utilise aussi d’autres matériaux : du plastique pour encapsuler chacune des cellules et des connexions en cuivre ou en argent. Ils ne contiennent pas de terres rares. La conception des panneaux se fait dans des usines généralement automatisées. On réduit le silicium à très haute température pour créer des lingots qui seront utilisés pour la fabrication d’un panneau et on imprime les circuits électriques à sa surface. Ensuite, on connecte les différentes cellules photovoltaïques entre elles. La Corée du Sud est l’un des fabricants les plus avancés dans la fabrication de panneaux solaires.
Le silicium : matière première essentielle
Le silicium est la matière première essentielle à la fabrication des panneaux solaires. Ce matériau est à la fois photosensible et semi-conducteur, ce qui le rend tout désigné pour cette tâche. En plus de cela, il s’agit du deuxième élément le plus fréquent sur terre, juste derrière l’oxygène. Ainsi, 28% de l’écorce terrestre en est composée. Cependant, il n’est pas présent à l’état pur. De ce fait, il faut passer par le raffinage avant de pouvoir l’utiliser.
Où trouve-t-on du silicium pour panneau solaire ?
Le silicium se trouve en grande quantité dans l’écorce terrestre : il est donc très facile de s’en procurer. Dans la plupart des cas, on l’extrait dans de grandes mines à ciel ouvert ou par dragage. Il peut se présenter sous des formes assez différentes, mais, le plus souvent, on le trouvera sous forme de silicium sableux. La plupart des mines se trouvent en Chine, mais on en trouve aussi aux États-Unis ou même en France. L’impact environnemental de l’extraction du silicium est assez minime.
Les différentes technologies de cellules
- Panneaux solaires monocristallins : il s’agit des cellules les plus performantes du marché. Elles utilisent un seul cristal de silicium pur en découpe d’un bloc, ce qui permet de meilleurs rendements.
- Panneaux solaires polycristallins : plus abordables, ils possèdent un moins bon rendement que les panneaux monocristallins. Ils utilisent plusieurs cristaux de silicium, ce qui leur donne leur couleur bleue.
- Panneaux demi-cellules : chaque cellule est ici découpée en deux, ce qui permet de mieux tolérer les ombrages partiels. Ces cellules offrent une puissance de sortie plus élevée que celle des autres types de panneaux solaires, ainsi qu’une meilleure durée de vie.
- Cellules double-face : elles permettent un meilleur rendement en absorbant la lumière reflétée sur des surfaces, de chaque côté du panneau.
- Panneaux solaires souples : ces panneaux utilisent un matériau amorphe en couche fine, ce qui les rends plus flexible. Ils absorbent moins de quantité de lumière et produisent un courant plus faible, mais ils sont beaucoup moins chers et sont efficaces sous un rayonnement solaire faible.
Du lingot aux cellules, étapes clés
Les lingots de silicium sont découpés en « wafers », de fines plaques de moins de 200 microns d’épaisseur. On les traite ensuite chimiquement afin qu’ils réfléchissent moins la lumière, ce qui leur permet de mieux la convertir en électricité. On dispose ensuite du phosphore sur leur face avant, ce qui polarise le silicium grâce à une réaction chimique, le transformant ainsi en cellule photovoltaïque. Il ne reste plus qu’à déposer les contacts métalliques qui collecteront les électrons libérés par le silicium.
Le processus industriel de fabrication
L’assemblage des composants
Le plus souvent, on assemble soixante cellules pour faire un panneau solaire. On les dispose entre deux couches de résine transparente et on place un film en polyester sur la face arrière. On chauffe ce sandwich de façon à ce que la résine encapsule complétement la couche de polymère. Ensuite, on place un panneau de verre trempé de la largeur d’une feuille de papier sur la face avant, puis on équipe le panneau de son cadre en aluminium. Finalement, on attache la boîte de jonction à l’arrière du panneau. Elle servira de sortie pour l’électricité.
Les tests de qualité et certifications
Les tests de qualité permettent d’obtenir une certification, qui est délivrée par un organisme accrédité et permet de certifier la qualité d’un panneau solaire. Il s’agit d’une démarche volontaire de la part des fabricants. En plus de permettre de profiter d’une installation de qualité, les certifications sont nécessaires si vous désirez pouvoir vendre votre électricité ou si vous désirez bénéficier des aides de l’État pour l’achat et l’installation de vos panneaux solaires.
L’emballage et le transport
Il est requis d’être très précautionneux lors de l’emballage et du transport de panneaux solaires. Il est nécessaire de placer un carton intercalaire entre chaque panneau et de toujours poser le premier panneau de la pile avec la surface du panneau vers le bas. Elles doivent être sanglées au moyen de transport et les bords doivent être bien protégés. Les entreprises font appel à des professionnels spécialisés pour le transport, afin de s’assurer que les panneaux solaires arrivent à destination en bon état.
Les acteurs majeurs de la production en Europe
Les usines belges et leur savoir-faire
La Belgique est très avancée dans le domaine de l’énergie solaire, au point qu’une grande partie des foyers sont autonomes au niveau de l’alimentation électrique. L’industrie solaire belge fait face à l’importation de produits d’origine chinoise en mettant en avant son savoir-faire, capable de produire des panneaux d’excellente qualité, avec une très bonne durée de vie.
L’industrie française en pleine expansion
La France base une bonne partie de sa production énergétique sur le nucléaire, ce qui lui a fait prendre un peu de retard sur le développement de l’énergie solaire. Elle rejoint peu à peu le groupe des producteurs de panneaux solaires, se hissant à la cinquième place du top des pays ayant la plus grande capacité totale de production d’énergie solaire en Europe.
La force allemande dans le secteur
L’Allemagne est le pays disposant de la plus grande force dans la production d’énergie solaire européenne, avec presque quatre fois plus de puissance que la France. L’envol de l’Allemagne dans ce domaine a commencé au début des années 2000 et le pays se hisse désormais à la quatrième place pour la production mondiale d’énergie solaire.
L’impact environnemental de la production
Émissions CO2 : le vrai du faux
On dit tout et son contraire sur l’empreinte carbone des panneaux solaires. Selon certains, elle serait nulle, alors que d’autres prétendent que les panneaux solaires sont plus polluants que d’autres types de production d’énergie. En réalité, seule la fabrication des panneaux solaires produit du CO2. Leur utilisation est complétement verte et compense très largement le CO2 relâché pendant leur fabrication. De plus, ils sont presque intégralement recyclables, ce qui fait des panneaux solaires une source d’énergie extrêmement propre.
Consommation d’énergie et ressources
On considère que créer un kilo de silicium métallurgique demande 14 à 16 kWh d’électricité : l’équivalent d’un four allumé durant sept heures. Néanmoins, l’énergie utilisée peut aussi provenir de panneaux solaires, ce qui peut diminuer encore l’impact écologique. Au niveau des ressources, elles sont disponibles en grande quantité sur Terre, surtout le silicium, qui est la plus importante pour les panneaux solaires.
Les entreprises innovantes du secteur
- LONGi Solar : LONGi Solar se concentre sur l’innovation technologique depuis toujours et s’oriente dans plusieurs directions : production de wafers de silicium monocristallin, de modules de batterie ou encore d’équipements d’énergie hydrogène, etc.
- Trina Solar : entreprise chinoise, Trina Solarest l’un des principaux fournisseurs de modules photovoltaïques dans le monde entier. Elle travaille avec les distributeurs, les installateurs et les services publics afin de créer une énergie intelligente.
- JinkoSolar : cette entreprise produit des panneaux photovoltaïques monocristallins à haut rendement et se trouve à la pointe de l’innovation. Elle a ainsi créé un nouveau record pour le rendement de conversion de cellules monocristallines à contact passivé.
Les défis de la production à grande échelle
La production de panneaux solaires rencontre plusieurs obstacles :
- L’efficacité : les panneaux solaires dépendent grandement des conditions météorologiques, ce qui empêche de se reposer intégralement sur eux pour alimenter des infrastructures sensibles.
- Coût d’investissement : si les panneaux solaires sont rentables sur la durée, ils demandent un investissement de base assez élevé pour lancer la production à grande échelle.
- Manque d’espace : les installations photovoltaïques prennent beaucoup de place et leur présence peut diminuer la valeur des terres sur lesquelles elles sont disposées.
- Manque de travailleurs qualifiés : il faut former de nombreux travailleurs à même d’utiliser les équipements solaires.
- traitement des matériaux : le silicium doit être raffiné pour être utilisé, ce qui augmente les coûts et l’impact environnemental des panneaux solaires.
- Traitement des déchets : plus la production se fera à grande échelle, plus les infrastructures spécialisées de traitement des déchets du solaire seront importantes.
Le recyclage : maillon essentiel de la chaîne
Afin de diminuer les coûts de production et l’impact environnemental, le recyclage est un maillon essentiel de la chaîne. Approximativement 95% des éléments qui composent les panneaux solaires sont recyclables et de nombreuses entreprises spécialisées dans ce domaine émergent. Il ne sera pas possible de produire du solaire à grande échelle si le recyclage n’est pas mis en avant.
