Une nouvelle étude établit l’EROEI du solaire entre 20 et 52 pour 1

Le taux de retour énergétique (EROEI) de l’énergie solaire serait compris entre 22 et 52 pour 1, selon le niveau d’ensoleillement du site. Ce sont là les résultats d’une nouvelle étude américaine publiée le 1^er juin dans la revue Progress in Photovoltaics. Ces chiffres corroborent ceux de l’étude de l’Institut Fraunhofer, en Allemagne, dont ce blogue a rendu compte en mai. L’étude américaine présente ses calculs de manière plus détaillée que la précédente et montre à quel point l’amélioration des techniques de fabrication des panneaux solaires contribue à ces étonnants gains de rendement.

L’étude est signée par Vasilis Fthenakis, du Brookhaven National Laboratory, et par Enrica Leccisi, de l’Université Columbia. Elle s’intéresse au cycle de vie des panneaux photovoltaïques et tout particulièrement à leur temps de retour énergétique – la période de temps nécessaire au remboursement du coût énergétique de leur fabrication. Les pnneaux sont classés en deux catégories, mono et multicristallins. Ils sont également évalués en fonction de trois niveaux d’ensoleillement type, soit 1000, 1700 et 2300 kWh/m²/année, ce qui correspond approximativement aux valeurs que l’on retrouve en Allemagne, dans le sud de l’Europe et sous les tropiques.

Le calcul du temps de retour énergétique s’appuie sur une méthodologie normalisée entre autres par l’ISO et par l’Agence internationale de l’énergie. Elle s’intéresse non seulement à l’énergie utilisée et à l’impact des gaz à effet de serre, mais aussi à celui de divers contaminants chimiques sur l’eau et le sol. Les calculs sont faits en fonction du mix énergétique chinois, dominé à 59 % par le charbon et donc plus polluant que la moyenne. Il s’intéresse de manière détaillée aux diverses étapes de fabrication des panneaux.

Calcul du taux de retour énergétique

Les données montrent que le coût énergétique de la fabrication des panneaux solaires a beaucoup diminué depuis 2015. Une des raisons, c’est que la couche photosensible en silicium s’est amincie, passant de 200 microns en 2015 à 170 en 2021. Cette évolution est plus sensible sur les cellules en silicium monocristallin (single cell Si, sc-Si) que sur les cellules en silicium multicristallin (multiple cell Si, mc-Si). La réduction atteint respectivement 46 et 20 % et le coût énergétique du panneau solaire est désormais inférieur à 2000 MJ par mètre carré.

En ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre, l’étude établit que l’impact de la production des panneaux solaires s’établit aujourd’hui à 1010 ou 1087 kg d’équivalent CO₂ par kilowatt de puissance installée, selon qu’un panneau est mono ou multicristallin. Ces chiffres sont respectivement 49 et 42 % moins élevés qu’en 2015. Comme ceux de l’énergie utilisée, ils peuvent paraître élevés dans l’absolu, mais il faut garder à l’esprit qu’ils s’amortissent sur de très longues périodes. L’étude considère que la durée de vie d’un panneau est de 30 ans.

Après avoir calculé le coût énergétique du panneau, les chercheurs calculent ensuite le rendement énergétique espéré sur 30 ans en fonction de l’ensoleillement (irradiation), du facteur de charge et du rendement moyen mesuré sur les systèmes mono et multicristallins. Selon le cas, le temps de retour énergétique oscille aujourd’hui entre 0,6 et 1,3 année, alors qu’il pouvait atteindre 2,5 ans en 2015.

Calculé sur 30 ans, ce temps de retour énergétique correspond à un taux de retour énergétique (EROEI) compris entre 22 et 52 pour les panneaux monocristallins et entre 20 et 47 pour les panneaux multicristallins.

Comment expliquer une telle différence?

Mon texte précédent sur l’étude de l’Institut Fraunhofer expliquait pourquoi plusieurs études obtiennent des valeurs beaucoup plus basses pour le taux de retour énergétique. En résumé, beaucoup d’entre elles reposent sur des données périmées ou attribuent aux seules énergies renouvelables le coût des systèmes énergétiques devant prendre la relève en cas non-production. En réalité, tous les systèmes énergétiques, y compris l’hydraulique ou le nucléaire, s’appuient en tout temps sur d’autres systèmes tenus en réserve en cas de panne.

Une autre explication tient au fait que la différence entre un EROEI de 10 et un de 50 n’est pas aussi considérable que les chiffres ne le laissent penser de prime abord. Dans le cas d’un EROEI de 50:1, 2 % de l’énergie produite est utilisée pour alimenter le procédé de production, tandis que les 98 % qui restent constituent l’énergie utile, mise à la disposition de la société. Lorsque l’EROEI tombe à 10:1, l’énergie utile représente toujours 90 % de l’ensemble. De très grandes variations d’EROEI se traduisent donc par des variations modérées de l’énergie utile. Le tableau ci-dessus montre l’énergie utile pour diverses valeurs d’EROEI.

Stockage et démantèlement

Les chercheurs abordent sommairement la question de l’impact des systèmes de stockage sur batterie et du coût énergétique du démantèlement des parcs photovoltaïques.

Les chercheurs n’ont pas inclus le coût énergétique du stockage sur batterie dans leur calcul du taux de retour énergétique parce qu’ils estiment qu’il est préférable de calculer ce coût au niveau du réseau électrique plutôt qu’au niveau du parc solaire pris isolément. Ils estiment néanmoins que la capacité de l’énergie solaire à réduire l’utilisation d’énergie thermique n’est pas substantiellement affectée par l’installation de batteries. L’ajout de batteries se traduit par une augmentation d’à peine 7 à 30 % du temps de retour énergétique, selon l’irradiation reçue par la site. En termes d’émissions de gaz à effet de serre, l’ajout de batteries a un effet neutre, leur coût en carbone étant compensé par une réduction équivalente des émissions liées à la production d’énergie thermique.

Le coût énergétique du démantèlement des parcs et du recyclage des composants n’a pas fait l’objet d’une évaluation formelle, en raison d’un manque de données fiables sur l’empreinte de ces activités. Toutefois, les chercheurs estiment que la récupération en fin de vie de matériaux très énergivores, comme l’aluminium et le cuivre, pourrait faire en sorte que les bénéfices énergétiques du recyclage dépasseraient les coûts du démantèlement. Ceci améliorerait encore un peu plus le taux de retour énergétique de l’énergie photovoltaïque sur l’ensemble de son cycle de vie.

Source :

Fthenakis, Vasilis & Leccisi, Enrica. (2021). Updated sustainability status of crystalline silicon‐based photovoltaic systems: Life‐cycle energy and environmental impact reduction trends. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 10.1002/pip.3441.