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LE CYCLE DE VIE LE CYCLE DE VIE DES DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES École polytechnique universitaire de Lille LANCRY Ophélie POL Mathieu Janvier 2006 ITEC 3

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Page 1: LE CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES École polytechnique universitaire de Lille LANCRY Ophélie POL Mathieu Janvier 2006

LE CYCLE DE VIE LE CYCLE DE VIE

DESDES

SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUESSYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES

École polytechnique universitaire de Lille

LANCRY Ophélie

POL Mathieu

Janvier 2006

ITEC 3

Page 2: LE CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES École polytechnique universitaire de Lille LANCRY Ophélie POL Mathieu Janvier 2006

INTRODUCTIONINTRODUCTION

Souci de protection de l’environnement

Demande toujours croissante en énergie et épuisement des réserves exploitables

Solutions alternatives :

Augmentation du rendement des systèmes de production classiques (c’est-à-dire alimentés par des sources primaires fossiles comme le gaz, le charbon, le pétrole …)

Utilisation des sources d’énergie renouvelables (solaire, éolien, biomasse) dont l’exploitation ne produit a priori pas de gaz à effet de serre.

Énergie renouvelable : émissions produites lors de la fabrication du matériel, du transport et du démantèlement à la fin du cycle de vie.

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PLANPLANINTRODUCTION

1. Le système photovoltaïque

1.1 Rappel sur l’effet photovoltaïque

1.2 Structure d’un système photovoltaïque

2. Cycle de vie des systèmes photovoltaïques

2.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques

2.2. Consommations énergétiques associées à la production des modules photovoltaïques

2.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque

3. Avantages et inconvénients d’une installation photovoltaïque

4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ?

5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ?

CONCLUSION

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1.1. LE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUELE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

1.1. Rappel sur l’effet photovoltaïque1.1. Rappel sur l’effet photovoltaïque

Cellules photovoltaïques fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs (propriété de convertir la lumière qu’ils reçoivent en charges électriques)

Zone n : excès d’électrons

Zone p : défaut d’électrons ou excès de trous

Interaction entre un photon de lumière solaire et un atome : électron excité, arraché de sa structure électronique et entraîné dans le champ électrique de la jonction .

Sous l’effet des dipôles, les porteurs vont s’accumuler sur chacune des faces extérieures des zones p et n, ainsi une différence de potentiel entre les faces extérieures de la jonction est créée

Source : http://www.eeaq.ca/DRAFT/Le_Soleil/le_soleil.html

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1.1. LE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUELE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

1.2. Structure d’un système photovoltaïque1.2. Structure d’un système photovoltaïque

Tension d’une cellule photovoltaïque : 0,5 V

Plusieurs cellules PV sont connectées entre elles pour fournir au récepteur extérieur une tension et une puissance adéquate

Ces ensembles sont encapsulés dans des modules étanches

Les modules sont assemblés en panneaux

Installation en site isolé :

Dispositifs de stockage de l’énergie produite : batteries au plomb le plus souvent et au nickel cadmium plus rarement (consommation de 3 à 7 jours sans recharge).

Régulation de charge et de décharge : protection des batteries contre les surcharges et décharges excessives, prolongation de leur durée de vie (5 à 7 ans)

Installation raccordée au réseau : un onduleur transforme le courant continu produit par le générateur photovoltaïque en courant alternatif adapté aux normes industrielles (monophasé ou triphasé, 50 ou 60 Hertz).

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES 2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.12.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques

Schéma du processus de fabrication d’un module PV Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES 2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.12.1. Processus de fabrication des modules photovoltaïques

Schéma simplifié des flux de matières entrant dans la fabrication d’une installation PVSource : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES

PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.22.2. Consommations énergétiques et émissions associées à la production des modules photovoltaïques

Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

Energie (MJ/Wc) CO2 (KgC/Wc)Production MG-Si 2,52 0,07Production poly-Si 3,00 0,10Production c-Si 24,00 1,00Sous-total 29,52 1,00

Production tranches 12,48Fabrication des celules 1,08Sous total production cellules 13,56

Fabrication des modules 1,56Structure de support 0,36Onduleur 0,60

Total 45,60 1,49

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES 2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.32.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque

Étapes du cycle de vie :

Réduction de la Silice pour obtenir du Silicium

Purification du Silicium

Moulage des lingots et découpe des plaquettes

Fabrication des cellules photovoltaïques

Fabrication des modules

Montage et intégration au bâtiment

Fabrication de l’onduleur et de l’installation électrique

Utilisation et entretien du système

Dépose et gestion des déchets

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES 2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.32.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque

Résultats : Bilan favorable

Thème Unités Fabrication FonctionnementFin de

vieImpact évité / Impact généré

Effet de serre kg CO2 7112 -10557,2 95,54 1,46

Energie primaire kWh 62167 -486566,76 6,1 7,82

Acidification kg SO2 55,48 -96,36 0,95 1,71

Smog kg C2H4 2,65 -1,17 0,23 0,41

Eutrophisation kg PO43- 3,73 -5,678 0,03 1,51

Eau m3 679 -920,6 3,263 1,35Déchets

radioactifsdm3 0,00047 -5,13

5,87 E -06

10780

Autres déchets kg éq. 3798 -988,4 5553 0,106

Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

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2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES 2. CYCLE DE VIE DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUESPHOTOVOLTAIQUES

2.32.3. Écobilan d’une installation photovoltaïque Normalisation des impacts

Source : http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

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Fabrication Electricité produite Fin de vie

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3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnemental3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnementalAvantages :

Le bilan énergétique est favorable puisqu’un panneau rends l’énergie nécessaire

à sa fabrication en 2 à 4 ans d’exposition.

Le système est non polluant à l'utilisation et donc s'inscrit dans le principe du

développement durable.

Le photovoltaïque est une source d'énergie renouvelable car inépuisable.

Réduction des coûts de distribution dans certaines régions tout

particulièrement dans les régions situées entre l’équateur et les 45éme parallèles.

Coût de fonctionnement faible.

Grande fiabilité.

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Inconvénients :

Le coût est actuellement élevé, soit environ 550€/m² de cellules solaires.

Le rendement des cellules photovoltaïques reste assez faible , environ 20%.

La production ne peut se faire que de jour alors que la plus forte demande se

fait la nuit. Et le stockage de l'électricité est quelque chose de très difficile de nos

jours. ( coût éconologique des batteries très élevé ).

Durée de vie : 20 à 25 ans.

Sensible aux dégradations environnementales, telles que la mousse, les

déjections d’oiseaux, la grêle, …

Tributaire des conditions météorologiques.

3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnemental3.1. Les avantages et inconvénients du point de vue environnemental

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4. 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ?

Le soleil est une source d’énergie gratuite, dont l’apport annuel sur le sol français représente un potentiel énergétique de plus de 50.000 Millions de tonnes équivalent pétrole.

Moyenne annuelle de l’énergie reçue en KWh / m² . jour

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4. 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ?

La consommation finale en France a été de 420 TWh en 2003. Si nous considérons les productions brutes, il serait nécessaire de recouvrir 5000 km² pour assurer la production française, soit 1% du territoire.

En couvrant la moitié de surfaces de toits existantes, la production photovoltaïque serait en mesure de produire en 20 et 40 % de la demande totale.

Problème :

Une part importante de la consommation à lieu la nuit, et nous consommons plus d’énergie l’hiver que l’été. L’électricité doit donc être stockée et les ennuies commencent.

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4. 4. Pourrais t’on alimenter la France uniquement avec des panneaux solaires ?

Le stockage intégré à la filière de production :

Imaginons deux types de stockage.

La pile à combustible : Rendement de l’ensemble environ 30%.

Les batteries au plomb : Rendement de l’ensemble environ 60%.

Il faudrait donc couvrir une surface comprise entre 2 et 4% de la France.

Il apparait donc impossible d’utiliser ce système comme la seule source de production d’électricité.

Nous devons donc continuer pour l’instant à utiliser les centrales nucléaires.

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5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ?

Problématique :

Le photovoltaïque est considéré comme une source d’énergie chère, qu’en est-il réellement ?

Analyse économique d’une installation de 3 kW :

• Primes et subventions :

La technologie photovoltaïque est très soutenue financièrement. Il existe en France, 4 types de primes et de subventions.

• Subvention ADEME : 15 % du montant TTC, plafonnée à 4,6 € / Wc installé.

• Subvention Europe : 35 % du montant total HT.

• Subvention région : Entre 0 et 30 % du total TTC.

• Financement indirect : TVA à 5,5 % et crédit d’impôt.

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5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ?

Analyse économique d’une installation de 3 kW :

• Bilan de l’installation en fonction de la région.

Moyenne annuelle de l’énergie reçue en KWh / m² . jour

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5. L’installation ce système est-il intéressant pour un particulier ?Analyse économique d’une installation de 3 kW :

Conclusion :

=> Une réponse générale ne peut être apportée, chaque cas doit être étudié soigneusement. Les paramètres à prendre en compte : • Subventions et primes.• Le tarif de rachat.

• Le cout du raccord au réseau.

• L’ensoleillement moyen.• L’orientation des panneaux.

• Les éventuels obstacles qui pourrait diminuer l’éclairement du champ.

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ConclusionConclusion L’intérêt d’un investissement en France n’est pas certain.

Les systèmes photovoltaïque comme chaque produit industriel a un impact sur l’environnement.

=> Le principal impact est du à la fabrication.

=> Bilan est largement positif et aucune pollution à l’utilisation.

=> L’ensemble des matériaux de bas constituant les cellules photovoltaïque sont recyclables par le réseau traditionnel.

=> On peut donc considérer ce moyen de production comme écologique.

=> Ce systèmes permettent de recycler le silicium impropre à une utilisation en électronique.

=> Principal inconvénient le coût éconologique des batteries.

Ces systèmes permettent d’alimenter des pays en voie de développement.

L’avenir du photovoltaïque :

=> Une baisse importante des coûts de fabrication est envisageable.

=> Amélioration des techniques de fabrication nécessitant moins d’énergie.

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BIBLIOGRAPHIEBIBLIOGRAPHIEhttp://www.sfen.org/fr/societe/developpement/edf.html

http://www.x-environnement.org/Jaune_Rouge/JR00/bourdier.html

http://www.futura-sciences.com/news-triple-succes-air-liquide-industrie-solaire-

Allemagne_7951.php

http://www.fnh.org/français/faq/effet_serre/sans_co2.html

http://www.manicore.com/documentation/serre/sansCO2.html

http://www.manicore.com/documentation/solaire.html

http://www.univ-pau.fr/~scholle/ecosystemes/4-pv/41-pri/41-2-fr.html

http://www.blogg.org/blog-32905-offset-5.html

http://perso.wanadoo.fr/eb.ajena/

http://www.eeaq.ca/DRAFT/Le_Soleil/le_soleil.html

http://www.durabuild.org/html/French/etudes_de_cas/fichiers/solaire/Rapport_solaire.pdf

http://www.aurap.ucl.ac.be/Documents/WP2-GEB1.pdf

http://mysolar.com

http://www.retscreen.com

http://www.cerdecam.be