Le silicium panneau solaire est une matière incontournable dans la conception des cellules solaires. L’écorce terrestre est composée à 28 % de silicium après bien sur l’oxygène
Bien qu’il soit l’élément le plus abondant dans la croûte terrestre, le silicium n’est pas présent naturellement à l’état pur. Pour l’obtenir, il est donc indispensable de passer par une étape de raffinage pour pouvoir l’exploiter. Généralement, ce matériau est extrait à partir du quartz ou du sable.
La Chine est depuis plusieurs décennies le plus gros producteur de silicium avec presque 2,2 Mt (millions de tonnes) en 2019, soit 71 % de la production mondiale. Les autres principaux producteurs sont le Brésil 200 kt (kilotonne), la Norvège (170 kt), les États-Unis (135 kt), et la France (100 kt).
La Chine reste aussi le premier producteur mondial de panneaux solaires, ces derniers sont majoritairement fabriqués à partir de silicium, de verre, de plastique et de connexions en cuivre et en argent
Chaque panneau solaire est composé de cellules photovoltaïques assemblées en série afin d’atteindre une tension d’au moins 12 volts (Voici un guide sur quel panneau solaire pour recharger une batterie 12v 1200ah)
Chaque cellule est principalement composée de silicium : il présente un aspect noir uni dans le cas de panneau solaire monocristallin, ou un aspect de mosaïque légèrement bleuté dans le cas d’un panneau solaire polycristallin.
Même si la fabrication des panneaux solaires est énergivore, leur bilan global est largement positif, car ils permettent de produire une électricité verte pendant 30 à 40 ans.
Ils sont également recyclables à 95 % en fin de vie. Mais de quoi sont fabriqués les panneaux solaires ? et comment sont-ils fabriqués? Découvrez la réponse dans cet article.
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Le silicium pour panneau solaire: record mondial de rendement
Les cellules solaires en silicium sont devenues largement répandues, mais malgré les innovations leur rendement n’atteint que les 27 % en raison des restrictions thermodynamiques inhérentes au procédé.
Le silicium permet de capter une partie du rayonnement solaire. Les panneaux équipés de cellules atteindront même probablement un rendement de 23 à 25 % au maximum.
Grâce aux innovations développées, les limites du rendement peuvent être surmontées, et cela par le fait d’associer le silicium à une deuxième cellule solaire qui absorbe les radiations bleues et vertes du spectre solaire : les pérovskites.
Les pérovskites sont reconnues comme étant une meilleure alternative pour booster l’efficacité du silicium sans générer de frais de fabrication supplémentaires trop importants.
Des scientifiques du Laboratoire de photovoltaïque et couches minces électroniques (PV-lab) de l’EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), ont développé une méthode pour répartir les couches de pérovskite de manière uniforme sur le silicium texturé. Les dispositifs élaborés ont pu atteindre un rendement de 25,2 %.
Ces chercheurs ont pu améliorer le processus de cristallisation de la pérovskite et développé des couches ultra transparentes avec à la clé des cellules solaires tandem d’une efficacité de 29,2 % sur une surface de 1 cm2.
Ce rendement a été certifié par l’institut indépendant Fraunhofer ISE (Institute for Solar Energy Systems) en Allemagne, ce qui représente un nouveau record mondial pour un dispositif silicium-pérovskite entièrement texturé.
Recyclage du silicium panneau solaire
Le procédé de recyclage est composé de trois étapes :
- Étape 1 : La séparation des constituants des panneaux solaires
Le cadre en aluminium, la boîte de jonction et les différents câbles du panneau sont retirés mécaniquement et sont mis de côté pour être refondus. Ensuite, le panneau est envoyé en découpage.
- Étape 2 : Le découpage du panneau solaire
Après un découpage en lamelles, le panneau solaire est broyé à plusieurs reprises afin d’isoler les différents composants.
- Étape 3 : Le recyclage du panneau photovoltaïque
Le verre, le silicium, le plastique, le cuivre ou l’argent sont récupérés et transmis dans leurs filières de recyclage spécifiques.
En France, et depuis 2007, il existe un éco-organisme à but non lucratif qui collecte tous les types de panneaux solaires pour les recycler : PV Cycle.
L’association a installé des points pour collecter gratuitement les déchets pour qu’ils puissent être transportés vers des usines et être recyclés correctement.
Alors qu’auparavant, les panneaux solaires devaient être envoyés vers la Belgique pour qu’ils soient revalorisés, le recyclage peut désormais se faire directement en France. En effet, le groupe Véolia a lancé une grande usine de recyclage près d’Aix-en-Provence.
Composition d’un panneau solaire photovoltaïque
Les panneaux solaires utilisent la lumière du soleil. Concrètement parlant, les photons que contiennent les rayonnements solaires excitent les électrons présents dans les panneaux photovoltaïques, permettant de produire de l’électricité.
Généralement, un panneau solaire est composé de :
- un cadre en aluminium ;
- de verre (75%-80%) ;
- de cellules ;
- de plastiques ;
- des connexions en cuivre ou en argent ;
- et de silicium.
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Les différents processus de recyclage des panneaux solaires au silicium
La très grande majorité des matériaux qui composent les panneaux photovoltaïques est recyclable. Plus de 90 % des panneaux solaires sont recyclés dans les filières industrielles existantes.
Cependant, les autres composants comme le silicium ou les métaux plus faibles en quantités (argent, cuivre, et autres complexes semi-conducteurs) sont, eux aussi, récupérables et recyclables.
Certains pourront être réutilisés pour la fabrication de nouveaux panneaux photovoltaïques.
Séparation du verre avant retraitement des cellules
La première étape du recyclage est le traitement thermique consistant à brûler les plastiques pour séparer les cellules du verre.
Ensuite, on passe au traitement chimiques, permettant de traiter les cellules afin d’en retirer les contacts métalliques. Le silicium est récupéré par la suite soit pour la fabrication de nouvelles cellules photovoltaïques, soit pour être fondu et intégré dans un lingot.
Broyage du module avant séparation des composants
Dans cette étape, les panneaux sont débarrassés manuellement de leur cadre en aluminium ainsi que le boîtier de jonction et les câbles d’alimentation électrique.
Après, les panneaux solaires seront découpés en lamelles grâce à des broyeurs. Ce qui va donc permettre de récupérer le verre et le silicium. Chaque élément broyé va rejoindre par la suite une filière de recyclage qui lui est propre.
La grande majorité des constituants d’un panneau solaire ont ainsi une seconde vie.
- Pour le verre : Celui-ci est facilement recyclable à l’infini. On peut l’utiliser pour faire des produits d’isolation ou des emballages en verre comme les pots et les bocaux.
- L’aluminium : Il peut être refondu pour constituer de nouveaux objets comme des canettes alimentaires.
- Le silicium : Celui-ci peut être réutilisé jusqu’à 4 fois. Il peut alors être utilisé pour la fabrication de nouvelles cellules photovoltaïques. En tant que matériau semi-conducteur très performant, les tranches de lingot de silicium sont ensuite utilisées dans la fabrication de tout type d’appareil électronique.
- Le cuivre et l’argent : Ces deux matériaux ont cependant besoin d’un traitement spécifique : ils sont séparés mécaniquement et chimiquement avant d’être fondus et réutilisés.
- Le plastique : C’est le seul élément qui n’est pour l’heure pas recyclé.
En France, le recyclage des panneaux solaires est financé grâce à l’éco-participation. Les fabricants, les distributeurs ou les propriétaires payent alors une redevance, liée à cette éco-participation.
Ainsi, le montant du recyclage des panneaux solaires diffère selon le type de panneau et de son poids. La redevance est en moyenne : 0,70 € par panneau.
Conclusion :
Plus de 95 % des capteurs vendus dans le monde entier sont principalement composés de silicium. Ce matériau semi-conducteur est produit à partir d’une ressource naturelle quasi inépuisable : du sable ou du quartz chauffé et mis en réaction chimique avec du carbone.
Cette technologie a de nombreux atouts, à commencer par sa robustesse, une durée de vie de 30 ans environ, et ses performances avec des rendements parmi les plus élevés du marché.
C’est encore une bonne nouvelle pour la filière du solaire photovoltaïque, car grâce à la possibilité du recyclage du silicium des modules en fin de vie, leurs empreintes carbone diminuent fortement.
Il y a toujours des nouvelles innovations dans le sujet pour rendre les panneaux solaires plus performants tout en baissant leurs prix.
Si vous envisagez un projet solaire, n’hésitez pas à demander un devis personnalisé chez Bricomonde !
