L'institut français de l'énergie solaire INES a développé de nouveaux modules photovoltaïques avec des thermoplastiques et des fibres naturelles d'origine européenne, comme le lin et le basalte.Les scientifiques visent à réduire l'empreinte environnementale et le poids des panneaux solaires, tout en améliorant le recyclage.
Un panneau de verre recyclé à l'avant et un composite de lin à l'arrière
Image : GD
Extrait du magazine pv France
Des chercheurs de l'Institut national de l'énergie solaire (INES) – une division du Commissariat aux énergies alternatives et à l'énergie atomique (CEA) – développent des modules solaires intégrant de nouveaux matériaux biosourcés sur les faces avant et arrière.
"L'empreinte carbone et l'analyse du cycle de vie étant désormais devenues des critères incontournables dans le choix des panneaux photovoltaïques, le sourcing des matériaux va devenir un élément crucial en Europe dans les prochaines années", estime Anis Fouini, directeur du CEA-INES. , dans une interview au magazine pv France.
Aude Derrier, coordinatrice du projet de recherche, a déclaré que ses collègues ont examiné les différents matériaux déjà existants pour en trouver un qui pourrait permettre aux fabricants de modules de produire des panneaux améliorant les performances, la durabilité et les coûts, tout en réduisant l'impact environnemental.Le premier démonstrateur est constitué de cellules solaires à hétérojonction (HTJ) intégrées dans un matériau entièrement composite.
"La face avant est constituée d'un polymère chargé de fibre de verre, qui assure la transparence", a déclaré Derrier."La face arrière est réalisée en composite à base de thermoplastiques dans lequel a été intégré un tissage de deux fibres, lin et basalte, qui apporteront une résistance mécanique, mais aussi une meilleure résistance à l'humidité."
Le lin est originaire du nord de la France, où tout l'écosystème industriel est déjà présent.Le basalte provient d'ailleurs en Europe et est tissé par un partenaire industriel de l'INES.Cela a permis de réduire l'empreinte carbone de 75 grammes de CO2 par watt, par rapport à un module de référence de même puissance.Le poids a également été optimisé et est inférieur à 5 kilogrammes par mètre carré.
"Ce module est destiné à l'intégration du photovoltaïque sur le toit et du bâtiment", a déclaré Derrier.« L’avantage est qu’il est naturellement de couleur noire, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser une feuille de fond.En termes de recyclage, grâce aux thermoplastiques qui peuvent être refondus, la séparation des couches est également techniquement plus simple.
Le module peut être réalisé sans adapter les processus actuels.Derrier a expliqué que l'idée est de transférer la technologie aux fabricants, sans investissement supplémentaire.
"Le seul impératif est de disposer de congélateurs pour stocker le matériau et non pour démarrer le processus de réticulation de la résine, mais la plupart des fabricants utilisent aujourd'hui du préimprégné et sont déjà équipés pour cela", a-t-elle déclaré.
« Nous avons travaillé sur la seconde vie du verre et développé un module composé de verre de 2,8 mm réutilisé issu d'un ancien module », précise Derrier.« Nous avons également utilisé un encapsulant thermoplastique qui ne nécessite pas de réticulation, qui sera donc facilement recyclable, et un composite thermoplastique avec fibre de lin pour la résistance. »
La face arrière du module, sans basalte, présente une couleur lin naturel, ce qui pourrait être esthétiquement intéressant pour les architectes en termes d'intégration en façade par exemple.De plus, l’outil de calcul INES a montré une réduction de 10 % de l’empreinte carbone.
« Il est désormais impératif de remettre en question les filières photovoltaïques », a déclaré Jouini.« Avec l'aide de la Région Rhône-Alpes dans le cadre du Plan de Développement International, nous sommes donc allés à la recherche d'acteurs extérieurs à la filière solaire pour trouver de nouveaux thermoplastiques et de nouvelles fibres.Nous avons également réfléchi au processus de laminage actuel, qui est très gourmand en énergie.
Entre la phase de pressurisation, de pressage et de refroidissement, le laminage dure généralement entre 30 et 35 minutes, avec une température de fonctionnement d'environ 150 C à 160 C.
"Mais pour les modules intégrant de plus en plus de matériaux éco-conçus, il faut transformer les thermoplastiques autour de 200 C à 250 C, sachant que la technologie HTJ est sensible à la chaleur et ne doit pas dépasser 200 C", précise Derrier.
L'institut de recherche s'associe au spécialiste français de la thermocompression par induction Roctool, pour réduire les temps de cycle et réaliser des formes adaptées aux besoins des clients.Ensemble, ils ont développé un module avec une face arrière en composite thermoplastique de type polypropylène, à laquelle ont été intégrées des fibres de carbone recyclées.La face avant est en thermoplastique et fibre de verre.
« Le procédé de thermocompression par induction de Roctool permet de chauffer rapidement les deux plaques avant et arrière, sans avoir à atteindre 200°C au cœur des cellules HTJ », précise Derrier.
L'entreprise affirme que l'investissement est moindre et que le processus pourrait atteindre un temps de cycle de quelques minutes seulement, tout en consommant moins d'énergie.La technologie s'adresse aux fabricants de composites, pour leur donner la possibilité de produire des pièces de formes et de tailles différentes, tout en intégrant des matériaux plus légers et plus durables.
Heure de publication : 24 juin 2022