Un module solaire démonstrateur avec un bilan carbone de 317 kgCO2éq/kWc

Le CEA à l’INES (Institut national de l’énergie solaire) a réalisé un panneau photovoltaïque démonstrateur qui présente un bilan carbone de 317 kgCO2éq/kWc. Le panneau déploie une puissance 566 Wp et embarque des cellules de technologie hétérojonction d’un rendement moyen de 22, 9 %.

Afin de parvenir à cette forte réduction par rapport aux panneaux photovoltaïques du marché (autour de 500 kgCO2eq/kWc), l’institut de recherche a concentré ses efforts sur les aspects les plus critiques pour le bilan carbone, à savoir les plaques de silicium, la face avant en verre et le cadre en aluminium.

Tout d’abord, pour la cellule, la réduction du bilan carbone a été réalisée en utilisant des plaquettes de silicium d’épaisseur 130 microns contre 170 µm d’ordinaire, de fabrication norvégienne à base de polysilicium d’origine allemande. Les cellules ont été fabriquées en France, sur la ligne pilote du CEA à l’INES. Cela a permis de bénéficier des mix à bas bilan carbone de la Norvège (29 gCO2éq/kWh), de la France (52 gCO2éq/kWh) et dans une moindre mesure de l’Allemagne (650 gCO2éq/kWh, à comparer tout de même au mix chinois à 1023 gCO2éq/kWh). Les cellules embarquent aussi 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

Par ailleurs, le panneau, de configuration verre-backsheet adaptée au secteur résidentiel, utilise un verre plus fin (2 mm), ce qui contribue également à une réduction significative du bilan carbone. Celui-ci est assemblé en France au sein de la plateforme technologique dédiée du CEA à l’INES. Son cadre aluminium a été remplacé par un cadre en matière végétale, une essence de bois disponible en Europe, ce qui réduit le bilan carbone de plus de 50 kgCO2éq/kWc. Enfin, une approche « design for recycle » a permis de choisir des encapsulants thermoplastiques et backsheet sans fluor, également d’origine européenne, qui favoriseront le recyclage.

De plus, pour garantir un rendement élevé qui est également un levier critique, l’interconnexion des cellules par procédé « paving » (ou gapless) a été privilégiée. 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).

L’analyse du cycle de vie (ACV) du 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.