Installations photovoltaïques - Métaux lourds dans les modules solaires

L’intérêt pour les installations photovoltaïques pour la production d’énergie propre est grand, afin de contrer la hausse massive des prix du gaz ou du pétrole. L’indépendance vis-à-vis des approvisionnements en gaz et en pétrole de la Russie est également une motivation pour de nombreuses personnes en raison de la guerre actuelle en Ukraine.

Les systèmes photovoltaïques produisent de l’énergie renouvelable. Cependant, peu de gens savent que les modules solaires de ces installations contiennent des métaux lourds qui peuvent être très nocifs pour l’environnement. Le « tournant énergétique » prôné par les politiques vise à remplacer progressivement les principales sources d’énergie fossiles et nocives pour le climat, telles que le gaz, le pétrole et le charbon, par des énergies renouvelables. Les énergies renouvelables sont principalement le photovoltaïque, l’énergie éolienne, le biogaz et l’énergie hydraulique. Le photovoltaïque, qui utilise l’énergie solaire pour la production d’énergie à partir du rayonnement solaire permet également de mettre fin à la forte dépendance aux énergies fossiles. En ce qui concerne les énergies renouvelables, le photovoltaïque est une technologie importante à laquelle l’Allemagne a contribué de manière décisive.

Développement des installations de couverture énergétique

Afin de couvrir la majeure partie des besoins énergétiques allemands à partir d’énergies renouvelables (ER), la puissance photovoltaïque en Allemagne doit continuer à être développée. Pour atteindre l’objectif intermédiaire de 2030 de la loi sur les énergies renouvelables (EEG 2021), la part des énergies renouvelables doit déjà couvrir 65% de la consommation brute d’électricité.

Les nouvelles installations solaires photovoltaïques font partie des technologies d’énergie renouvelable les moins chères. En 2020, le photovoltaïque a couvert environ 9,2% de la consommation brute d’électricité en Allemagne. Toutes les énergies renouvelables représentaient 45% de la consommation brute d’électricité. Fin 2020, il y avait deux millions d’installations photovoltaïques. Après l’énergie éolienne, le photovoltaïque représente la deuxième plus grande part de la production totale d’électricité renouvelable en Allemagne.

Système d’énergie solaire

Le système photovoltaïque (système PV ou générateur solaire) est un système de production d’électricité solaire. Dans l’installation photovoltaïque, les cellules solaires transforment le rayonnement solaire en énergie électrique de l’électricité. Cette conversion d’énergie est appelée photovoltaïque.

Pour cette conversion, on utilise l’effet photoélectrique des cellules photovoltaïques reliées aux modules solaires. L’énergie ainsi obtenue peut être utilisée directement. L’électricité est alors stockée dans des accumulateurs ou injectée dans les réseaux électriques. La tension continue générée est convertie en réseaux électriques à tension alternative avant d’être injectée dans le réseau. Pour les installations sur les toits des maisons, la puissance nominale est de l’ordre de quelques kilowatts, tandis que pour les installations sur les toits des installations commerciales, elle peut atteindre des mégawatts. En outre, l’électricité solaire produite en journée peut être utilisée la nuit si elle est stockée de manière optimale. La production d’électricité solaire est soumise à des variations journalières et annuelles ainsi qu’à des influences météorologiques.

Le photovoltaïque est également utilisé pour des applications mobiles et sans connexion à un réseau électrique en tant qu ‘installation autonome. Elle est utilisée par exemple pour alimenter des satellites, des véhicules solaires ou des avions solaires. D’autres exemples sont les installations solaires pour le camping, les lampes solaires, les clôtures électriques pour les pâturages et les horodateurs.

Formes d’investissement

Installation sur toiture

Le type d’installation le plus courant pour les systèmes photovoltaïques est le système sur toiture. L’installation d’un système sur toiture est généralement plus simple et moins coûteuse que celle d’un système intégré à la toiture. Dans ce dernier, le bâtiment supporte la sous-structure de l’installation photovoltaïque. Les modules solaires fixés sur la sous-structure doivent être orientés de manière à garantir le rendement énergétique le plus élevé possible ou le plus constant possible tout au long de l’année. Pour un un rendement électrique maximal le toit doit être orienté vers le sud et avoir un angle d’inclinaison compris entre 30 et 45 degrés. Les toits inclinés peuvent se passer d’une sous-structure pour orienter les panneaux solaires, mais cette inclinaison n’est souvent pas idéale pour le rendement énergétique.

Système de toiture intérieure

Dans ce type d’installation, le système photovoltaïque remplace des parties de l’enveloppe du bâtiment. Elle remplace donc une partie du bardage ou de la couverture du toit. Ces installations intégrées aux bâtiments sont généralement moins ventilées, ce qui réduit le rendement de l’installation.

Substances polluantes

Dans les modules solaires de la plupart des installations photovoltaïques, il existe souvent un risque de pollution par des substances solubles dans l’eau, qui sont lessivées par la pluie. On trouve différents polluants dans les installations photovoltaïques, comme les métaux lourds dans les composés de plomb et de cadmium. Ces derniers sont utilisés comme semi-conducteurs.

Ces métaux lourds peuvent être éliminés des modules par un phénomène de « leaching » sur une longue période. En particulier si le verre de couverture est cassé, si les scellements des bords sont endommagés ou si les modules ont été démontés. Par conséquent, ces modules photovoltaïques endommagés ne doivent pas être jetés avec les autres déchets ou dans les décharges, mais doivent être éliminés par une entreprise de recyclage certifiée. Les modules endommagés ne doivent pas non plus être exposés aux intempéries pendant une période prolongée.

L’Union européenne a interdit l’utilisation de métaux lourds toxiques en 2006 dans la directive RoHS pour l’industrie électrique. Cette directive s’applique en particulier à la soudure au plomb, largement utilisée dans les installations photovoltaïques. Cependant, jusqu’à présent, les modules photovoltaïques sont exemptés de cette réglementation.

La plupart des installations photovoltaïques dans le monde sont basées sur la technologie du silicium. Il existe également des installations utilisant des technologies à couche mince avec des semi-conducteurs en tellurure de cadmium ou en arséniure de gallium. Les modules solaires à base de pérovskite sont également chargés de polluants. Ils contiennent du plomb, un métal lourd polluant, et ont une durée de vie plus courte. La plupart des technologies de modules solaires ont des bandes de soudure qui contiennent du plomb dans l’étain de soudure. Seuls les modules en silicium amorphe sont exempts de polluants, à moins que des bandes de soudure contenant du plomb ne soient installées. Les chercheurs estiment que les soudures au plomb pourraient être remplacées par des soudures sans plomb.

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Installations photovoltaïques: réponses aux questions fréquemment posées

1. Quelle est l’efficacité des méthodes actuelles de recyclage des panneaux solaires?

Certains procédés permettent de récupérer une grande partie des métaux lourds, tandis que d’autres sont moins efficaces.

2. Existe-t-il des dispositions légales relatives à la manipulation des métaux lourds?

Il existe des réglementations concernant la manipulation des substances nocives dans les modules solaires. Dans de nombreux pays, les fabricants de modules solaires doivent s’assurer que leurs produits peuvent être éliminés ou recyclés en toute sécurité.

3. Que peuvent faire les individus pour atténuer le problème des polluants?

Pour atténuer ce phénomène, les consommateurs peuvent opter pour des modules solaires contenant moins de métaux lourds nocifs. En s’assurant également que leurs anciens modules sont correctement recyclés.

4. Existe-t-il des alternatives qui ne contiennent pas de métaux préoccupants?

Il existe différentes alternatives. Certains fabricants travaillent à la mise au point de panneaux solaires qui n’utilisent pas de substances nocives telles que le plomb et le cadmium.

Sources:

www.bmwk.de/Redaktion/DE/Dossier/erneuerbare-energien.html

www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/studien/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.html

www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/aktuelle-fakten-zur-photovoltaik-in-deutschland.pdf

www.iswa.uni-stuttgart.de/ch/dokumente/Forschung_CH/2017_Projekt_Schadstoffe_Uni_Stuttgart_Abschlussbericht.pdf

www.pv-magazine.de/2020/01/16/schaedliches-blei-in-der-photovoltaik-gibt-es-nachhaltige-alternativen/

www.solaranlage.eu/photovoltaik/photovoltaikanlage

www.welt.de/wirtschaft/article176294243/Studie-Umweltrisiken-durch-Schadstoffe-in-Solarmodulen.html