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(Last Updated On: 13 septembre 2018)

Comment est fabriqué un panneau solaire photovoltaïque ?

Comment est fabriqué un panneau solaire photovoltaïque ?

Le silicium, la matière première pour fabriquer un panneau solaire photovoltaïque

 

Le silicium, la ressource la plus présente sur Terre après l’oxygène 

 

Les panneaux solaires se composent de cellules photovoltaïques fabriquées à partir d’un matériau photosensible semi-conducteur : le silicium (Si) pur. Plus de 90% du marché photovoltaïque utilise le silicium en tant que matière première. 

 

On estime qu’il s’agit du 2ème élément le plus abondant sur la planète, après l’oxygène. L’écorce terrestre serait en effet composée d’environ 28 % de silicium. Dans son état naturel le silicium n’est pas pur et doit passer par une phase de raffinage avant de pouvoir être exploité. On l’extrait d’abord de différents minéraux qui contiennent de la silice (ou dioxyde de silicium SiO2) dont la principale forme naturelle est le quartz. 
Tas de silicium polycristallin de haute pureté

Silicium pur

L’exploitation minière de la silice d’où est extrait le silicium

 

On dénombre 23 pays producteurs de part le monde. En 2017, on estime la production mondiale à 3 000 milliers de tonnes. 

 

Les plus grands producteurs de silicium en 2017, en milliers de tonnes :

 

États-Unis
700
Pérou
120
République tchèque
450
Japon
100
Danemark
440
Mexique
90
Chine
420
Corée du Sud
70
Argentine
200
Russie
70
Source : USGS

 

Imerys Filtration Minerals qui fait partie du groupe français Imerys exploite actuellement le plus gros gisement mondial situé aux Etats-Unis, en Californie. C’est aussi le n°1 mondial des producteurs de silicium. 
L’ensemble des réserves naturelles de silice sur la planète est estimé à plus d’un milliard de tonnes. La plus grosse réserve mondiale se trouve d’ailleurs aux Etats-Unis : elle représente environ 25 % du total des réserves planétaires, contre 11 % pour la Chine.

 

Rien d’étonnant, de fait, à ce que les Etats-Unis soient également le premier pays exportateur avec 95 000 tonnes en 2017.

Le traitement du silicium avant d’être exploité pour le photovoltaïque 

 

Pour produire 1 tonne de silicium, il faut se référer aux mesures du tableau suivant (en kg) :

 

Quartz (pour la silice)
2 900
Copeaux de bois
1 580
Coke de pétrole
740
Électrodes
150
Charbon bitumineux
590
Énergie
12 000 kWh

 

Pour extraire le silicium de la silice, qu’on retrouve surtout sous forme de quartz, on utilise le procédé de carboréduction (l’extraction de métaux sous très haute température). Les matières premières sont placées dans un four à arc électrique (un type de four électrique utilisé en métallurgie) et immergées à des températures élevées. Celles-ci sont nécessaires pour que certaines réactions chimiques aient lieu, notamment la réduction de la silice (l’oxyde de silicium) et l’élimination de l’oxygène. 

 

Le silicium obtenu à partir de ce procédé est de qualité métallurgique, pur à 98-99 %. Pour le photovoltaïque et l’électronique, des processus de raffinage supplémentaires sont ensuite appliqués pour améliorer la pureté du silicium. Ce dernier finit par refroidir et se solidifier en lingots, lesquels sont découpés en plaques. Ces plaques présentent un réseau cristallin utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques. À partir des propriétés semi-conductrices du silicium, les cellules photovoltaïques peuvent convertir l’énergie lumineuse (les photons) en électricité.
Schéma de la chaîne de fabrication d'un panneau photovoltaïque

La chaîne de fabrication des panneaux solaires à partir du silicium.
Source : HAL_ archives-ouvertes.fr

L’assemblage du panneau solaire 

 

Le module a pour but d’enrober les cellules pour les protéger et optimiser leur rendement en limitant leur échauffement. 

 

Tout d’abord les cellules sont raccordées entre elles en plusieurs chaînes de façon à former une matrice finale, souvent rectangulaire, composée de plus ou moins 60 cellules selon le modèle du panneau. Chaque matrice est laminée sur du verre, c’est à dire réduites en lames minces. Les cellules sont ensuite encadrées (on les place dans un cadre), puis une boîte de jonction est ajoutée derrière ou sous le panneau pour permettre les connexions entre les différents modules de l’installation et l’onduleur.

 

En somme, un panneau solaire photovoltaïque s’assemble avec : 

 

  • des cellules photovoltaïques
  • un cadre
  • du verre
  • du plastique
  • des connexions en cuivre ou en argent 
Vue éclatée d'un schéma de panneau photovoltaïque
La fabrication des modules solaires est un processus souvent automatisé, reposant sur une robotique de pointe capable d’assembler des cellules photovoltaïques légères en panneau solaire pesant parfois plus de 20 kg. Vous pouvez aussi vous essayer à assembler votre propre panneau solaire à l’aide de tuto en ligne !

 

Aujourd’hui, la Chine est le premier investisseur mondial dans l’énergie solaire et domine largement le marché de la production des panneaux solaires. Ainsi, sur le podium de l’industrie photovoltaïque, 7 producteurs sur 10 sont aujourd’hui d’origine chinoise

 

Top 10 des producteurs de panneaux solaires en 2018, classés par volume d’expédition :

 

RANGS 2017
COMPAGNIE
SIEGE SOCIAL
1
JinkoSolar
China
2
Trina Solar
China
3
Canadian Solar
Canada
4
JA Solar
China
5
Hanwha Q CELLS
South Korea
6
GCL-SI
Hong Kong
7
LONGi Solar
China
8
Risen Energy
China
9
Shunfeng
China
10
Yingli Green
China
Source : pv-tech.org

Le recyclage des panneaux solaires 

 

Le recyclage des panneaux solaires photovoltaïques s’inscrit dans le prolongement de la logique écologique. La directive sur les déchets d’équipements électriques et électroniques dans l’UE obligent les fabricants de modules solaires à participer au recyclage de leurs produits en fin de vie.

 

L’éco-organisme PV Cycle assure en France la collecte et le recyclage des panneaux solaires photovoltaïques usagers. L’organisme met à disposition différents points de collecte gratuits. Il s’agit d’un système agréé par les pouvoirs publics, financé par les acteurs du photovoltaïques (importateurs, distributeurs, fabricants et propriétaires de panneaux solaires), lesquels sont tous assujettis à une redevance spécifique. 

 

Il existe plusieurs techniques pour recycler un panneau solaire photovoltaïque. Généralement, le panneau subit un traitement thermique pour brûler les plastiques et détacher les cellules du verre. Le module peut aussi être broyé pour extraire certains de ses composants. Toutes ces techniques ont pour but de récupérer un maximum de matériaux pour qu’ils soient traités puis réinjectés dans l’industrie du solaire ou de l’électronique. Le silicium peut ainsi être récupéré jusqu’à 4 fois au cours de son “cycle de vie” !