Vers l’écoconception des panneaux photovoltaïques

S’orienter vers de nouveaux matériaux recyclables et/ou éco-composites, comme des fibres naturelles et des résines polymères recyclables, pour fabriquer des panneaux photovoltaïques et réduire encore et toujours leur empreinte environnementale. La prochaine étape du photovoltaïque ?

De nombreux développements pour des panneaux légers et innovants sont en cours dans nos laboratoires, en remplaçant le verre utilisé en face avant, et le verre ou la feuille polymère fluoré en face arrière avec des matériaux composites. Plusieurs combinaisons de matériaux éco-composites pourraient permettre de réduire ainsi l’empreinte environnementale.
Mais la grande variabilité des données et la faible maturité des résultats de l’état de l’art, auxquelles s’ajoute une expertise encore trop naissante de la communauté sur les aspects environnementaux, ne sont pas compatibles avec les exigences de l’analyse de cycle de vie (ACV) qui requiert faible niveau d’incertitude et haute qualité des données. Pour les matériaux composites bio-sourcés avec résine thermoset et/ ou résines thermoplastiques, le manque de référentiel rend l’analyse environnementale particulièrement complexe. Cela s’explique par la difficulté à modéliser un matériau composite, produit multi-facteurs par nature car il comporte de multiples sous-composants, combinaisons, et variantes possibles selon les proportions de fibre et résine pour une même combinaison. Dans le cadre de l’ITE INES.2S, le CEA a développé un outil générique d’analyse environnementale de la chaine de valeur d’un panneau photovoltaïque. L’introduction de matériaux composites dans nos travaux de recherche et de développement a nécessité de constituer une base de données de référence spécifique et d’ajouter une fonctionnalité à notre logiciel d’analyse pour paramétrer cette nouvelle famille de composants. Les meilleurs candidats- matériaux (fibre et résine), les combinaisons et proportions de chacun ainsi que les procédés de mise en œuvre ont été sélectionnés au préalable par nos experts. Ce travail initial a permis de constituer 5 alternatives de recettes a priori prometteuses pour des études plus poussées, avec en particulier la comparaison de leur impact avec celui de panneaux classiques du marché. Parmi les matériaux ciblés, on retrouve des candidats non connus encore dans le domaine photovoltaïque comme des fibres de verre, de lin ou encore de basalte et des résines de type thermoset époxy bio-sourcées ou thermoplastiques de type polypropylène. Les analyses réalisées montrent que, pour l’ensemble des critères :

• L’utilisation des composites pour la fabrication des panneaux n’augmente pas l’impact environnemental par rapport aux technologies classiques (verre/polymère fluoré, ou verre/verre) mais que le rendement des cellules reste un critère important pour conserver ce gain.
• Le gain environnemental varie de 5% à 15% selon les recettes étudiées sur l’ensemble des critères environnementaux.
• L’impact environnemental des matériaux composites dépend principalement du choix de la résine, du choix de la fibre et de la quantité de ces matériaux consommée par panneau.
• Remplacer ou retirer le cadre de l’aluminium semble être primordial pour réduire l’empreinte environnementale du panneau.
• La recette la plus prometteuse, pour réduire l’empreinte environnementale et garantir la recyclabilité d’un panneau photovoltaïque, fera l’objet d’une Analyse de Cycle de Vie complète pour confirmer son intérêt environnemental
• Ces travaux se poursuivent pour enrichir la base de données avec d’autres alternatives de matériaux et élargir le périmètre de l’étude pour intégrer la fin de vie dans l’analyse et évaluer les bénéfices de la recyclabilité de ces matériaux.