Fabrication panneau solaire : comment sont-ils produits ?

Avant d’aborder le sujet de la fabrication, il faut savoir qu’il existe différents types de modules solaires :

• le panneau solaire photovoltaïque (polycristallin, monocristallin ou amorphe) ;
• le panneau solaire thermique ;
• le panneau solaire hybride (aérovoltaïque ou hydraulique) ;
• le panneau solaire amorphe ;
• la tuile solaire composée de cellules photovoltaïques.

Le type de panneau solaire le plus fréquemment installé sur nos toits en France est le panneau photovoltaïque monocristallin. En effet, ce choix s'explique notamment par son rendement élevé. On constate que le rendement d’un panneau monocristallin est compris entre 16 et 24 % contre 14 et 18 % pour celui d’un panneau solaire polycristallin.

De plus, le panneau photovoltaïque a la capacité de convertir l'énergie solaire en électricité, permettant ainsi d'alimenter tous les appareils électriques de la maison. Ce n’est pas le cas du panneau solaire thermique qui utilise les rayons du soleil pour produire de l'eau chaude sanitaire ou générer de la chaleur.

Comment fonctionne un panneau solaire ?

Un panneau solaire photovoltaïque est un module composé de cellules photovoltaïques qui permet de convertir l’énergie du soleil en électricité. Il fonctionne grâce à l’effet photovoltaïque, c’est-à-dire la capacité de certains matériaux à générer un courant électrique lorsqu’ils sont exposés à la lumière.

De nos jours, la majorité des panneaux solaires photovoltaïques sont fabriqués à partir de silicium. Ce composé chimique n’existe pas à l’état libre, mais il est présent sur Terre sous forme minérale dans le sable ou le quartz. Il s’agit du deuxième élément le plus abondant sur la planète. 

Voici les étapes de création d’une cellule photovoltaïque : 

1. l'extraction et la purification du silicium : la première étape consiste à créer du silicium métallurgique, en effectuant une réaction chimique appelée réduction. Un mélange de morceaux de silice (quartz) et de bois est chauffé à très haute température (environ 3 000 °C) avant d'être purifié à 99,99 % pour obtenir du silicium solaire sous forme de cristaux.
2. la production de lingots de silicium : le résultat de cette phase est la formation d'un lingot de silicium sous forme solide, pour laquelle il existe deux méthodes principales de cristallisation. La première aboutit à la création de silicium polycristallin, composé de multiples cristaux. La seconde méthode permet de produire du silicium monocristallin, constitué quant à lui d'un unique cristal.
3. l’obtention des wafers : après un retour à température ambiante, les lingots sont coupés en tranches appelées « wafers » dont l’épaisseur ne dépasse 200 microns, ce qui correspond à une feuille de papier. 
4. le dopage des cellules : l’étape suivante est l’ajout de phosphore ou de bore, qui donne lieu à la création de cellules photovoltaïques. Ces cellules, lorsqu’elles sont exposées à la lumière du soleil, sont capables de produire de l’électricité.

Cependant, les cellules ne sont pas encore fonctionnelles. C’est pourquoi, il est nécessaire d’imprimer un circuit électrique à la surface de la cellule afin que le courant produit puisse se déplacer. Les cellules sont ensuite reliées entre elles, soudées, encapsulées entre : 

• une plaque de verre (face avant) ;
• une couche de polymère (face arrière) ; 
• un cadre en aluminium.

Avant d’aller plus loin, sachez que les terres rares représentent un groupe de 17 métaux aux propriétés exceptionnelles, fortement impliqués dans la fabrication de produits de haute technologie. 

L’apogée du numérique a entraîné une demande de plus en plus forte en ces métaux. Ce qui, par la suite, a augmenté de manière drastique l’extraction et le traitement de ces éléments, générant des rejets chimiques et des déchets toxiques nocifs pour la planète et ses habitants. 

Contrairement aux idées reçues, les panneaux solaires photovoltaïques ne sont pas concernés par la problématique des terres rares.

Comme nous l’avons vu précédemment, il existe différents types de modules solaires photovoltaïques : 

• 90 % de panneaux solaires sont fabriqués à partir de silicium cristallin ;
• 10 % sont conçus au moyen de la technologie CIGS, qui signifie Cuivre Indium Gallium et Sélénium. 

L’ensemble de ces métaux, le silicium cristallin et les autres, bien qu’ils soient plus rares que le silicium, ne sont pas des terres rares. Par conséquent, l’extraction des métaux nécessaires à la fabrication de panneaux solaires photovoltaïques n’entraine pas de conséquences “graves” sur la planète.

La communauté scientifique et plus particulièrement les experts qui se sont penchés sur le sujet ont admis que l’étape qui impacte le plus le bilan énergétique des panneaux solaires au cours de leur vie est leur fabrication. En effet, la production de silicium solaire est l’étape la plus gourmande en énergie. 

Chauffer à très haute température le silicium requiert l’équivalent de 2 500 kWh d’énergie par kWc de panneaux solaires installés. Cela correspond à environ 2 à 3 ans d’utilisation d’un panneau solaire à produire de l’électricité pour compenser l’énergie nécessaire à sa conception.

Si le recyclage des panneaux solaires a longtemps été remis en question, il est désormais parfaitement maîtrisé. 

Les panneaux solaires photovoltaïques sont composés à 95 % de matériaux recyclables comme le verre, le plastique et l’aluminium. Les autres matériaux tels que le silicium, le cuivre et l’argent sont, eux aussi, recyclés et réutilisés.

Il est souvent énoncé que les panneaux solaires ont une durée de vie de seulement 25 ans. Cela concerne en réalité les panneaux qui ont été produits dans les années 80, à savoir les premiers modèles disponibles pour le grand public et qui sont dorénavant en filière de recyclage.

En ce qui concerne les modèles plus récents, nous n’avons pas encore suffisamment de recul pour se prononcer sur leur durée de vie réelle. Il est toutefois estimé qu’ils pourraient être fonctionnels pendant 50 ans.

Pour une installation photovoltaïque, on estime que sa durée de vie atteint environ 30 ans. De plus, les fabricants de panneaux solaires garantissent habituellement une production minimale de 80 % les 25 premières années par rapport à leur capacité initiale en sortie d'usine.

Autre sujet qui fait couler beaucoup d’encre : les panneaux solaires conçus en Chine. Ils furent souvent dénigrés parce que leur acheminement, représenterait de trop grosses émissions de CO2. 

En réalité, les panneaux solaires provenant de Chine sont transportés par bateaux qui contiennent une très grosse quantité de matériel. Ainsi, l’émission de CO2 par panneau solaire est relativement faible. D’autant plus que le transport maritime est l’un des modes de transport de marchandise les moins polluants. 

Par ailleurs, les panneaux solaires conçus en Europe impliquent l’utilisation de silicium ou de cellules photovoltaïques qui sont importés de Chine. Ce qui rend tout à fait irrecevable l’argument de la différence de bilan carbone entre les panneaux confectionnés ici et là-bas.

Comme vous l’avez peut-être constaté, la production des panneaux solaires ne requiert pas des procédés lourds ou induisant des dommages irréversibles sur l’environnement. Les panneaux solaires sont désormais capables de compenser l’énergie nécessaire à leur fabrication en 1 à 3 ans (selon la localisation).

Ce qui leur vaut le titre de moyen de production d’énergie le plus propre qui existe à l’heure actuelle. Les idées reçues à propos de la fabrication des panneaux solaires sont donc à écarter.

Comme le montre ce tableau, les plus gros fabricants de panneaux solaires dans le monde sont des entreprises chinoises.

Comme le montre ce tableau, les plus gros fabricants de panneaux solaires dans le monde sont des entreprises chinoises. Il est important de noter que les panneaux solaires provenant de Chine sont de même qualité que ceux conçus en Europe. Et pour cause, 9 des 15 plus grosses marques du marché sont chinoises. 

La Chine figure parmi les rares pays qui ont fait le pari de l’énergie solaire il y a de cela 20 ans. Ces investissements ont permis aux entreprises de recherche et développement du pays de prendre de l’avance en matière technologique. 

Ainsi, la Chine a été en mesure de développer un secteur économique extrêmement prometteur autour du solaire. Cela a induit la création de millions d’emplois et de s’affranchir d’une dépendance énergétique au pétrole d’Afrique ou du Moyen-Orient.De nouveaux acteurs sont entrés progressivement sur le marché de la production de panneaux solaires. Parmi eux, on retrouve des pays tels que la Corée du Sud, les États-Unis et l'Allemagne. En France aussi, la fabrication de panneaux solaires prend de l'ampleur grâce à des entreprises telles que Voltec Solar, Systovi ou DualSun.