La conception de modules solaires photovoltaïques a des impacts considérables sur notre avenir énergétique propre

Pour que les États-Unis atteignent leurs objectifs de décarbonation de 2050, ils doivent installer jusqu’à 20 fois plus de modules solaires photovoltaïques (PV) qu’aujourd’hui. Afin d’atteindre cet objectif, les États-Unis doivent augmenter rapidement leur production et leurs installations photovoltaïques, mais il existe d’autres solutions que la simple installation de la même chose. Les chercheurs du NREL suggèrent que le besoin de modules photovoltaïques à durée de vie plus longue pourrait réduire le nombre de matériaux et de fabrication requis.

L’équipe de recherche NREL a mené les premières analyses quantitatives de la façon dont les durées de vie des modules PV et les taux de recyclage peuvent affecter les flux de matériaux PV jusqu’en 2050 dans un réseau américain 100 % décarboné. Dans un nouvel article de journal, les chercheurs ont couvert plusieurs scénarios hypothétiques liés à Priorités de l’économie circulaire pour le photovoltaïque dans la transition énergétique.

« Le PV est une évidence pour la durabilité en tant que source d’énergie propre, mais il y a encore des inquiétudes concernant les déchets, les impacts matériels et la justice énergétique, en particulier compte tenu de la vitesse à laquelle la fabrication de PV doit croître pour atteindre les objectifs de décarbonisation », a déclaré Silvana Ovaitt, une Chercheur en développement durable NREL PV et auteur de l’article. « Avec ce travail, nous espérons mettre ces défis en perspective et quantifier les solutions potentielles. »

« Lorsque l’on envisage une chaîne d’approvisionnement PV durable, on a tendance à passer directement au recyclage comme solution, alors qu’il y a beaucoup d’autres leviers d’économie circulaire à essayer en premier, comme la prolongation de la durée de vie », a déclaré Heather Mirletz, auteur principal de l’article et un doctorat étudiant à la Colorado School of Mines. « Notre équipe de développement durable PV reçoit de nombreuses questions sur la réalimentation des installations PV existantes et le recyclage PV. En fin de compte, nous voulons conseiller sur la manière de concevoir et de déployer le PV de la manière la plus durable possible, nous devons donc d’abord comprendre les flux de matières dans le contexte de la transition énergétique.

Pour étudier le flux de matériaux des modules PV jusqu’en 2050, les chercheurs ont utilisé les projections de déploiement PV du département américain de l’Énergie. Étude sur l’avenir solaire et l’outil « PV dans l’économie circulaire ».

Les chercheurs ont considéré 336 scénarios dans leur étude. Sur les 336 scénarios, deux scénarios représentaient les limites supérieure et inférieure des approches possibles d’une économie circulaire des modules PV. Les deux scénarios concernaient des modules avec une durée de vie prolongée de 50 ans et des modules à durée de vie plus courte de 15 ans avec un taux élevé de recyclage en boucle fermée (ce qui signifie que les matériaux sont réutilisés dans de nouveaux modules). Les deux scénarios ont été comparés à un scénario de référence qui supposait une durée de vie du module de 35 ans et un faible taux de recyclage reflétant la technologie actuelle. Étant donné qu’il est peu probable que des modules de 15 ans soient produits et que des modules de 50 ans ne soient pas encore disponibles, les deux scénarios servent simplement de points de comparaison extrêmes.

Avec des durées de vie plus longues des modules, la quantité de nouveaux matériaux nécessaires pourrait être réduite de 3 % par rapport au scénario de référence, car cela réduirait le besoin de déploiement solaire supplémentaire pour atteindre les mêmes objectifs aux États-Unis. Les modules à courte durée de vie nécessiteraient un taux de recyclage en boucle fermée de 95 % ou plus pour éviter de nécessiter de plus grandes quantités de nouveaux matériaux que le scénario de référence de 35 ans.

Les chercheurs ont noté trois tendances importantes dans les flux de matières :

• Les modules à longue durée de vie réduisent non seulement la demande de nouveaux matériaux, mais offrent également une période de grâce plus longue pour développer et mettre en œuvre des processus de recyclage ou de refabrication en fin de vie, car il sera plus long jusqu’à ce qu’ils commencent à se retirer.
• Les modules à durée de vie plus courte doivent atteindre des taux élevés de récupération et de recyclage/refabrication pour éviter de consommer de nouveaux matériaux supplémentaires.
• Le verre compose la majorité (en masse) des modules PV d’aujourd’hui. Lors du développement de procédés de recyclage ou de remise à neuf, il sera important de prendre en compte le verre PV pour assurer un approvisionnement régulier en verre de haute qualité en plus du silicium et des métaux.

« Des durées de vie plus longues des modules facilitent la réalisation de nos objectifs de déploiement PV pour la décarbonisation », a déclaré Teresa Barnes, auteur de l’article et responsable du groupe PV Reliability and System Performance de NREL. « Nous pouvons éviter les remplacements excessifs et la fabrication supplémentaire en construisant des systèmes correctement du premier coup. Le recyclage des modules à courte durée de vie semble attrayant, mais nos calculs de bilan massique et de capacité montrent qu’il pourrait limiter la capacité PV. Nos recherches à venir sur le bilan énergétique devraient nous guider davantage vers les voies les plus durables et les plus réussies pour le déploiement du PV.

L’équipe NREL utilise un outil qu’elle a créé appelé PV dans l’économie circulaire (PV ICE) pour modéliser les flux de matériaux PV jusqu’en 2050. L’outil PV ICE permet aux chercheurs d’obtenir les dernières données de l’industrie PV pour modéliser le flux de matériaux PV au cours des prochaines décennies. Cela les aide à prévoir les effets des différentes tendances du marché, des développements technologiques et des politiques gouvernementales.

L’outil open-source a deux domaines principaux. Tout d’abord, il recueille les propriétés clés des modules PV actuels – et des prévisions pour les modules futurs, y compris les quantités de différents matériaux qu’ils contiennent, leurs durées de vie prévues et leurs rendements de conversion de puissance. Le second est qu’il suit comment ces modules, matériaux et énergies qu’ils contiennent se déplaceront tout au long du cycle de vie du PV.

En se concentrant sur la demande de matériaux et les déchets du cycle de vie, cet article a suivi le flux de masse pour divers matériaux de modules. L’outil PV ICE pourra bientôt prendre en compte d’autres facteurs, tels que les flux d’énergie, les impacts environnementaux et les implications sociales.

Source : nrel.gov

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