Que devient un module solaire photovoltaïque après sa durée de vie opérationnelle prévue de 25 ans ? Avec environ 2 TW de panneaux photovoltaïques sur toiture et à grande échelle déjà déployés dans le monde, et un grand nombre d'entre eux mis hors service avant 15 ans de fonctionnement, la quantité de modules photovoltaïques mis au rebut augmente chaque année. Les modules photovoltaïques devenant de jour en jour moins chers et avec l'amélioration constante de l'efficacité des modules photovoltaïques, de nombreuses centrales photovoltaïques à grande échelle commencent à être réalimentées avant même d'avoir atteint leur durée de fonctionnement prévue de 25 ans. Beaucoup de ces modules fonctionnent encore bien. Pourraient-ils être déployés pour une seconde vie afin de fournir de l'électricité solaire pendant quelques années encore ?
Un système photovoltaïque construit avec des panneaux réutilisés
Image : Ricardo Ruther/ISES
L’Agence internationale de l’énergie (AIE) prévoyait en 2020 que la capacité installée mondiale cumulée de photovoltaïque dépasserait 1 TWc d’ici 2025 (PVPS TASK, 2020). Cependant, avant fin 2024, ce chiffre aura doublé pour dépasser 2 TW. Les récentes prévisions de production d’énergie indiquent qu’une forte augmentation est nécessaire, avec un objectif de 75 TW de capacité photovoltaïque mondiale d’ici 2050 pour limiter l’augmentation de la température mondiale à 1.5 °C et atténuer les impacts du changement climatique.
Il est largement reconnu que l’énergie solaire photovoltaïque (associée à l’éolien terrestre à grande échelle) est la technologie de conversion d’énergie la plus durable et la moins coûteuse. Le déploiement mondial de l’énergie solaire doit être multiplié par 40 environ pour décarboner complètement le monde. Cet objectif sera atteint en 2042 si le taux de croissance actuel de 20 % par an se poursuit.
La croissance de la production photovoltaïque à l’échelle mondiale entraînera inévitablement à l’avenir une quantité importante de déchets provenant des modules photovoltaïques. En revanche, le solaire photovoltaïque évite l’émission de dioxyde de carbone. Chaque kg de panneau solaire génère environ 0.9 MWh au cours de sa durée de vie, ce qui permet d’éviter environ 900 kg de dioxyde de carbone provenant de la combustion du charbon, soit un ratio de 900:1. Ce calcul suppose une masse future du module photovoltaïque de 25 W/kg (hors cadre), un facteur de capacité de 16 % et une durée de vie du module de 25 ans.
Si l’on part du principe que 10 milliards de personnes ont besoin de 100 TW de panneaux solaires photovoltaïques (10 kW chacun) pour la décarbonisation mondiale, alors 400 W/personne de modules solaires seront retirés chaque année. Cela équivaut à 16 kg de déchets de modules solaires par personne et par an, dont la plupart sont du verre avec une petite quantité de plastique, de silicium et de métaux. Le flux actuel de déchets de verre aux États-Unis est d’environ 11 millions de tonnes, soit 32 kg par personne. Ainsi, le solaire photovoltaïque ajoute 50 % au flux de déchets existant tout en évitant l’émission d’une masse de dioxyde de carbone 900 fois supérieure. Les futurs déchets de modules solaires de 16 kg par personne et par an ne représentent que 2 % des 800 kg par personne et par an de déchets solides annuels aux États-Unis.
En résumé, les déchets de modules solaires constituent un problème mineur. Cependant, existe-t-il une alternative à l’envoi de panneaux solaires à la décharge ? Une fois mis hors service, les modules photovoltaïques ont-ils encore des capacités de production d’énergie utiles ? Des études sont en cours qui proposent un cycle de vie circulaire pour les modules solaires. La perte d’efficacité d’un module photovoltaïque peut varier de 0.4 % à 5 % par an, selon le climat et les matériaux utilisés.
La technologie de fabrication visant à augmenter la puissance des modules photovoltaïques progresse rapidement. La taille des panneaux augmente et l'efficacité des cellules augmente également. Entre 1980 et 2020, une réduction de 76 % du rapport poids/puissance des modules photovoltaïques a été obtenue. Cela signifie que de nouveaux panneaux peuvent être montés sur des structures de support ou des trackers existants pour produire beaucoup plus d'énergie.
Actuellement, la technologie prédominante sur le marché mondial est le silicium monocristallin, avec une puissance de module approximative comprise entre 550 W et 750 W, contre 350 W en 2019, moins de 200 W en 2010 et moins de 100 W avant 2000. De grandes quantités de modules photovoltaïques sont jetées, et il existe un manque de clarté quant à la faisabilité technique, économique et sociale de leur réutilisation dans une seconde vie au lieu de les orienter directement vers le recyclage. En outre, il n’existe pas de politiques, de normes et de méthodologies permettant de déterminer si les équipements peuvent être réutilisés (seconde vie) ou doivent être recyclés. La législation, comme la directive DEEE en Europe, représente un défi pour le marché de la réutilisation.
Économie circulaire : réutiliser et recycler
PV CYCLE est une organisation à but non lucratif fondée en 2007 par l'industrie photovoltaïque pour gérer une large gamme d'équipements électriques et électroniques, notamment des modules photovoltaïques, des batteries, des emballages et des déchets industriels. Elle propose des services de gestion des déchets et de conformité juridique aux entreprises et aux détenteurs de déchets et dispose de représentants dans le monde entier. L'un de ces membres au Brésil a connu une croissance de 160 fois au cours des quatre dernières années, traitant 13 tonnes (430 modules PV = 0.2 MW) en 2020 lorsque l'entreprise a commencé à collecter les modules PV mis au rebut, pour atteindre 2800 91 tonnes (plus de 45 2024 modules PV = 4500 MW) jusqu'à présent en 75. Cette croissance devrait atteindre 2024 80 tonnes = 10 MW d'ici la fin de 10 ; près de 10 % de ces modules proviennent de centrales photovoltaïques à grande échelle. Environ XNUMX % des modules PV mis au rebut proviennent de distributeurs (neufs, endommagés pendant le transport et la manutention), et les XNUMX % restants proviennent de petits intégrateurs de systèmes. SunR s’étend désormais à l’ensemble de l’Amérique latine, ciblant également les centrales photovoltaïques à grande échelle mises en service il y a moins de XNUMX ans.
En 1999, l’Université fédérale de Santa Catarina (UFSC) a remplacé un générateur diesel sur une petite île satellite (l’île Ratones Grande) au large de l’île principale de Florianopolis, au Brésil, par un système photovoltaïque hors réseau de 5 kW, présenté dans les images ci-dessous. Les modules photovoltaïques en silicium polycristallin d’une efficacité de 10 % ont fonctionné en continu jusqu’en 2022, date à laquelle il a été décidé de les remplacer par de nouveaux modules plus de deux fois plus efficaces pour doubler la capacité installée dans la même zone à cet endroit à espace restreint. Après plus de 20 ans de fonctionnement dans cet environnement offshore, la plupart des 76 modules photovoltaïques ont encore une puissance d’environ 80 % de la puissance nominale d’origine et, au lieu d’être mis au rebut/recyclés, ils ont été réinstallés dans le laboratoire de recherche sur l’énergie solaire de l’UFSC et sont surveillés dans le cadre d’un projet de réutilisation de modules photovoltaïques de seconde vie. Les programmes de logements sociaux au Brésil et ailleurs peuvent bénéficier de modules photovoltaïques de seconde vie à très faible coût, à condition que leurs performances et leur sécurité puissent être garanties une fois que les garanties du fabricant ne sont plus valables. Bien que ce ne soit pas encore une pratique courante, il existe plusieurs groupes de recherche et entreprises en Europe, aux États-Unis et en Australie, où des activités de réutilisation et de seconde vie sont développées.
L’économie circulaire des modules PV pourrait inclure la réutilisation et une seconde vie, avant le recyclage final pour récupérer des matériaux pour la production de nouveaux modules PV. Cependant, avec des modules PV de pointe avec des garanties de 25 à 30 ans inférieures à 0.10 $/W, comme c’est le cas aujourd’hui, l’économie des modules PV de seconde vie est un pari difficile.
Auteurs : Prof. Ricardo Rüther (UFSC), Professeur Andrew Blakers / ANU
Andrew.blakers@anu.edu.au
rruther@gmail.com
ISES, la Société internationale de l'énergie solaire, est une ONG accréditée par l'ONU, fondée en 1954, qui œuvre pour un monde où l'énergie est 100 % renouvelable pour tous, utilisée efficacement et judicieusement.
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