Panneaux solaires : leur bilan carbone

La durée de vie des panneaux est de l'ordre de 30 ans. Le temps de retour énergétique est difficile a évaluer puisqu'il dépend du taux d'ensoleillement, de l'inclinaison des panneaux, de leur température, de leur orientation, etc. Selon les études disponibles, « le temps de retour énergétique, [...] est d’environ 3 ans ».

La durée de vie des panneaux est aussi relative à la durée de vie de l'onduleur. L’onduleur est un élément essentiel de l’installation photovoltaïque. Il transforme le courant continu issu des panneaux photovoltaïques en courant alternatif qui peut alors être utilisé sur le réseau. On considère que sa durée de vie moyenne se situe entre 8 et 12 ans.

Une fois fabriquées et déployées, les cellules photovoltaïques assemblées en modules n'émettent pas de dioxyde de carbone (CO2) ou d’autre gaz à effet de serre. Néanmoins, leur fabrication consomme de l'énergie grise sous forme d'électricité et leur fin de vie produit des déchets.

Emissions de Co2 liées à leur fabrication

Dans un module, 74 % de la masse est constitué de verre, l'aluminium représente 10 % et les divers polymères 6,5 %. D'autres matériaux peuvent être trouvés comme le zinc, le plomb, ou le cuivre, leurs quantités demeurent toutefois faibles (moins de 1 % de la masse du module). La cellule photovoltaïque seule (mono ou poly-cristalline) représente seulement 3 % de la masse totale du module.

Ce sont les cellules dont la fabrication est la plus énergivore, et la plupart des constructeurs du photovoltaïque ne produisent en général que ces dernières. Le reste des composants est alors sous-traité à d'autres fabricants, par exemple pour les vitres de protection, le cadre en aluminium, dont les procédés de fabrication sont plus anciens, plus développés et donc mieux optimisés que les processus récents de fabrication des cellules.

La fabrication des cellules requiert un silicium très pur, après une première purification via un four à arc électrique (EAF). Le silicium est alors pur à 98-99,5 % (silicium métallurgique, ou metallurgical grade silicon). Ce procédé à lui seul consomme environ 150 kWh/kg de silicium.

Une deuxième purification est nécessaire pour obtenir un silicium dit « solaire » (ou upgraded metallurgical grade silicon, avec un taux de pureté de 99,999 3 % ou un silicium dit électronique (EGS, avec une pureté de 99,999 999 99 %). Les trois étapes de la seconde purification sont la production de silane, suivie d’une distillation fractionnée puis enfin d’une séparation. La consommation en électricité est de 115–120 kWh/kg pour le silicium solaire et de 350 kWh/kg pour le silicium électronique.

Ainsi la somme de l'énergie requise, de la purification du silicium jusqu'à son découpage en wafers est de 1 000 kWh/kg de silicium  pour les cellules mono-cristallines et de 700 kWh/kg de silicium pour les cellules poly-cristallines. Les cellules mono-cristallines sont plus efficaces mais demandent plus d'énergie lors de leur fabrication (la cristallisation en une structure mono-cristalline étant plus complexe qu’en une structure poly-cristalline).

La fabrication de cellules est donc énergivore. L'empreinte carbone de cette fabrication dépend de la nature de la source ou du mix électriques utilisés. Actuellement majoritairement asiatique, elle pourrait ainsi diminuer de 40 % en recourant à l'énergie hydraulique ou à des mix européens.

Selon l’Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME), la fabrication d'un panneau photovoltaïque installé en France s'accompagne de l'émission, en moyenne, de 56 grammes de CO2 pour la production d’un kilowatt-heure (avec 30 % d'incertitude). Cette valeur dépend du lieu où le panneau est implanté ; elle varie de 35 à 85 g de CO2 par kilowatt-heure du Sud au Nord du pays et en fonction de la technologie employée. Les émissions de CO2 du solaire photovoltaïque sont supérieures à celles de la plupart des autres sources d'énergie bas-carbone ; par exemple, l'éolien terrestre émet 10 g de CO2 par kilowatt-heure produit et le nucléaire français 6 g. En revanche, elles sont bien inférieures à celles associées à l'utilisation de combustibles fossiles ; en effet, le gaz naturel émet environ 443 g de CO2 par kilowatt-heure produit et le charbon entre 960 et 1 050 g.

Des émissions secondaires, comme celles dues au transport des matériaux sur longues distances, ne représentent qu'entre 0,1 et 1 % des émissions totales.

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