Le CEA à l’INES réalise un panneau photovoltaïque démonstrateur très bas bilan carbone

Le CEA à l’INES annonce la réalisation d’un panneau photovoltaïque démonstrateur qui présente un bilan carbone de 317 kgCO2éq/kWc. Cette réalisation embarque plusieurs innovations et place le laboratoire parmi les leaders au niveau européen.

L’industrie photovoltaïque devient une des sources d’énergie majeures, la plus installée actuellement sur la planète. Diminuer encore son impact environnemental est désormais un levier de compétitivité pour l’industrie, ainsi qu’un axe d’innovation indispensable pour maintenir le rythme de croissance du secteur et répondre toujours mieux aux enjeux sociétaux, souligne le communiqué de l’Institut National de l’Énergie Solaire.

Engagé dans cette démarche depuis plusieurs années, le CEA à l’INES s’est fixé le défi de développer un panneau photovoltaïque utilisant la technologie hétérojonction en cherchant à allier tout ce que l’on peut attendre d’un produit «premium» soit : des caractéristiques de puissance et fiabilité exemplaires, un impact environnemental réduit significativement, ainsi que des composants fabriqués en Europe.

Afin de guider les équipes dans leurs choix technologiques en phase de conception, une étude de sensibilité d’Analyse du Cycle de vie a été réalisée. Elle a permis de concentrer les efforts sur les aspects les plus critiques pour le bilan carbone : les tranches de silicium, la face avant en verre et le cadre en aluminium.

La réduction du bilan carbone à l’échelle cellule est possible en utilisant des tranches de silicium d’épaisseur 130 microns au lieu de 170 µm, de fabrication norvégienne à base de polysilicium d’origine allemande. Les cellules sont fabriquées en France, sur la ligne pilote du CEA à l’INES, et embarquent des innovations permettant de limiter la consommation d’Indium et d’argent, métaux critiques, lors de l’optimisation des procédés de métallisation et d’interconnexion. Le panneau, de configuration verre-backsheet adaptée au secteur résidentiel, utilise un verre plus fin (2mm), et est assemblé en France au sein de la plateforme technologique dédiée du CEA à l’INES. Son cadre aluminium est remplacé par un cadre en matière végétale, une essence de bois disponible en Europe. Une approche « design for recycle » a permis de choisir des encapsulants thermoplastiques et backsheet sans fluor, également d’origine européenne, qui favoriseront le recyclage.

Crédits : CEA Panneau eco-conçu démonstrateur, 317 kg CO2 éq/kWc, 566 W de puissance, fabriqué par les équipes du CEA à l’INES

Pour garantir un rendement élevé qui est également un levier critique, l’interconnexion des cellules par procédé « paving » (ou gapless) a été privilégiée, explique le communiqué de l’INES. Ce procédé supprime l’espace entre les cellules solaires, en créant un chevauchement de 1 mm entre cellules, tout en gardant les rubans d’interconnexion. Cela permet de densifier le panneau et d’augmenter sa puissance au m² (ou rendement de conversion).

Le panneau démonstrateur réalisé montre une puissance 566 Wc et embarque des cellules de technologie hétérojonction d’un rendement moyen de 22,9%. Il atteint un très bas bilan carbone de 317 kgCO2éq/kWc comparé aux panneaux chinois standard (700 à 800 kgCO2éq/kWc), et place les laboratoires de l’INES parmi les leaders au niveau européen.

Ce résultat est atteint principalement grâce :

• Au mix électrique des lieux de fabrication des principaux éléments : l’Allemagne, la Norvège et la France. Ces pays bénéficient d’un mix à bas bilan carbone estimé respectivement à 650 gCO2éq/kWh, 29 gCO2éq/kWh et 52 gCO2éq/kWh à comparer au mix chinois au bilan carbone de 1023 gCO2éq/kWh.
• A l’épaisseur du verre et des tranches de silicium qui contribuent également à une réduction significative du bilan carbone.
• Au remplacement du cadre aluminium par un cadre en matière végétale (essence de bois) qui a permis de réduire le bilan carbone de plus de 50 kgCO2éq/kWc.

Crédits : CEA INES Analyses de cycle de vie comparées d’un panneau standard fabriqué en Chine et du panneau démonstrateur réalisé par le CEA INES

La réduction de l’impact environnemental considère plus de 15 critères pour évaluer un panneau photovoltaïque, dont le bilan carbone qui est actuellement le critère de référence par les industriels et les pouvoirs publics.

L’Analyse du Cycle pour ce démonstrateur a été réalisée selon les normes ISO14040 et ISO14044. Le périmètre de l’étude est limité à la phase de fabrication du panneau (du berceau à la porte). Les différents paramètres ont été pris en compte (nombre des cellules, épaisseur des plaques de silicium, puissance…). L’unité fonctionnelle était « 1 kWc d’un module photovoltaïque ». Le lieu de production des différents composants de la chaine de valeur a été pris en compte.