En termes simples, lorsque nous parlons des impacts environnementaux des systèmes photovoltaïques, nous évoquons les effets des systèmes d'énergie solaire sur l'environnement.
Le soleil est une source d'énergie colossale découverte récemment. Il offre des ressources abondantes permettant de produire une électricité durable, propre et non polluante , c'est-à-dire sans émissions contribuant au réchauffement climatique.
Il a été découvert ces dernières années que l’énergie solaire pouvait être captée et stockée pour être utilisée à l’échelle mondiale dans l’espoir de remplacer à terme les sources d’énergie traditionnelles. Alors que l’attention de tous se tourne vers des sources d’énergie plus vertes, l’énergie solaire est devenue de plus en plus importante.
Actuellement, l’énergie solaire représente 1.7 % de la production mondiale d’électricité. Tant les techniques de production que les matériaux utilisés ont connu des progrès significatifs.
Impacts environnementaux des systèmes photovoltaïques
Avant que l’énergie solaire puisse être utilisée comme source d’énergie véritablement propre, quelques obstacles environnementaux doivent encore être surmontés. Parmi eux se trouvent
- L'utilisation des terres
- Utilisation de l'eau
- Effets sur les ressources en eau, en air et en sol
- Matières dangereuses
- Production de panneaux solaires
- Nettoyage des semi-conducteurs
- Polluants et déchets solaires
- Risques environnementaux liés à l’exploitation minière
- Impact environnemental du transport de panneaux solaires
1. Utilisation des terres
Les grandes centrales solaires peuvent susciter des inquiétudes quant à la destruction des habitats et à la dégradation des sols , selon leur emplacement. La superficie totale nécessaire varie en fonction de la technologie, du lieu, de la topographie et de l'intensité du rayonnement solaire.
On estime que les systèmes photovoltaïques à grande échelle nécessiteront entre 3.5 et 10 acres par mégawatt, tandis que les installations CSP nécessiteront entre 4 et 16.5 acres par mégawatt.
Les installations solaires ont moins de chance de coexister avec les usages agricoles que les installations éoliennes. Les systèmes solaires à grande échelle peuvent cependant atténuer leurs effets négatifs sur l’environnement en étant installés dans des zones moins recherchées, telles que des friches industrielles, d’anciens sites miniers ou des lignes de transmission et de circulation existantes.
Les panneaux solaires photovoltaïques plus petits ont moins d’influence sur l’utilisation des sols et peuvent être installés sur des propriétés résidentielles ou commerciales.
2. Utilisation de l'eau
Les cellules solaires photovoltaïques peuvent produire de l’électricité sans avoir besoin d’eau. Pourtant, une certaine quantité d’eau est utilisée dans la production de composants solaires photovoltaïques, comme dans tout autre processus de fabrication.
L'eau est indispensable au refroidissement des centrales solaires thermodynamiques (CSP), comme dans toutes les centrales thermiques. La quantité d'eau consommée dépend du type de système de refroidissement, de l'emplacement et de la conception de la centrale.
Pour chaque mégawattheure d'énergie produite, les centrales CSP dotées de tours de refroidissement et d'une technologie de recirculation humide éliminent 600 à 650 gallons d'eau. Étant donné que l'eau n'est pas perdue sous forme de vapeur, les installations CSP utilisant la technologie de refroidissement à passage unique ont des niveaux de prélèvement d'eau plus élevés mais une consommation globale d'eau inférieure.
Près de 90 % d’eau en moins sont utilisées dans les installations CSP lorsque la technologie de refroidissement à sec est mise en œuvre. Une efficacité moindre et des dépenses accrues sont cependant les coûts associés à ces économies d’eau. De plus, l’efficacité de la technique de refroidissement à sec diminue considérablement au-dessus de 100 degrés Fahrenheit.
3. Effets sur les ressources en eau, en air et en sol
Le développement d’installations solaires à grande échelle nécessite le nivellement et le défrichement, ce qui modifie les voies de drainage, compacte le sol et augmente l’érosion.
La consommation d'eau par les systèmes de refroidissement à tour centrale est une préoccupation dans les environnements arides, car l'augmentation des demandes en eau pourrait mettre à rude épreuve les ressources disponibles et entraîner des déversements de produits chimiques provenant des installations, susceptibles de contaminer les eaux souterraines ou la zone environnante.
La construction d’installations d’énergie solaire peut présenter des risques pour la qualité de l’air, tout comme le développement de n’importe quel complexe industriel de grande taille. Ces dangers incluent la propagation de maladies véhiculées par le sol et l’augmentation des particules en suspension dans l’air qui contaminent les réserves d’eau.
4. Matières dangereuses
De nombreux composés dangereux sont utilisés dans le processus de production de cellules photovoltaïques ; la majorité de ces matériaux sont utilisés pour nettoyer et purifier la surface du semi-conducteur. Ces substances comprennent l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, le fluorure d'hydrogène, le 1,1,1-trichloroéthane et l'acétone.
Ils sont comparables à ceux utilisés dans le secteur général des semi-conducteurs. Le type de cellule, le degré de nettoyage requis et la taille de la plaquette de silicium influencent tous la quantité et le type de produits chimiques utilisés.
Les travailleurs qui respirent de la poussière de silicium sont préoccupés. Pour éviter l’exposition des travailleurs à des produits chimiques toxiques et garantir que les déchets de fabrication soient éliminés de manière appropriée, les fabricants de panneaux photovoltaïques sont tenus de respecter les règles américaines.
Par rapport aux cellules photovoltaïques au silicium conventionnelles, les cellules photovoltaïques à couches minces contiennent plusieurs composants plus dangereux, tels que l'arséniure de gallium, le diséléniure de cuivre-indium et de gallium et le tellurure de cadmium. Une manipulation et une élimination inappropriées de ces articles peuvent présenter des risques importants pour l'environnement ou la santé publique.
Les fabricants sont donc financièrement motivés à veiller à ce que ces matériaux extrêmement précieux et souvent rares soient recyclés plutôt que jetés.
5. Production de panneaux solaires
La fabrication des panneaux solaires consomme d'importantes ressources, notamment des matériaux industriels, des combustibles fossiles et de grandes quantités d'eau. La principale source d'énergie utilisée est le charbon, ce qui contribue directement à des émissions de carbone élevées.
Dans le processus de fabrication de panneaux solaires, l’hydroxyde de sodium et l’acide fluorhydrique sont tous deux utilisés. Des règles strictes concernant la gestion et l’élimination des eaux usées dangereuses sont nécessaires dans ces deux domaines. En attendant, les travailleurs des installations qui produisent des panneaux solaires doivent être protégés de ces substances dangereuses. Cela implique des garanties contrôlées.
Selon des études, au cours du processus de production, des particules de silicium sont rejetées dans l'environnement et provoquent une silicose chez ceux qui entrent en contact avec elles. Il a été démontré que les personnes exposées à des particules de silicium pendant le processus de production peuvent développer une silicose.
6. Nettoyage des semi-conducteurs
Les cellules photovoltaïques (PV) sont constituées de plaquettes semi-conductrices nettoyées à l'aide de substances chimiques toxiques. Ceux-ci sont constitués d’acides sulfurique et fluorhydrique.
Pour éliminer les dommages et créer la texture de surface appropriée, ce processus de nettoyage est crucial. L'acide fluorhydrique, quant à lui, peut corroder les tissus et décalcifier les os, ce qui le rend mortel pour une personne non protégée. Il doit être manipulé et éliminé avec beaucoup de précaution.
Étant donné que l’hydroxyde de sodium est plus facile à manipuler et à éliminer et qu’il présente moins de risques pour la santé des employés, il peut s’agir d’une option plus sûre.
7. Polluants et déchets solaires
Étant donné que les premiers ensembles de panneaux installés commencent seulement à expirer, le problème du recyclage des panneaux solaires obsolètes n’a pas retenu beaucoup d’attention. La gestion des panneaux photovoltaïques périmés devient un problème critique à l’approche de leur date de péremption.
Bien que le plomb et le cadmium soient présents dans les panneaux solaires, tous deux connus pour provoquer le cancer, ils sont principalement composés de verre. En conséquence, des inquiétudes subsistent quant à la sécurité des contaminants. L'élimination des impuretés coûtera plus cher pour recycler ces composants.
Actuellement, les panneaux solaires obsolètes sont souvent mis au rebut dans les décharges , car ils ne peuvent pas être facilement réutilisés. Comme ces panneaux contiennent des produits chimiques nocifs, cette technique présente des risques environnementaux importants.
L’eau de pluie a le potentiel de rejeter et d’éliminer du cadmium, qui s’infiltre ensuite dans le sol et contamine l’environnement.
8. Risques environnementaux liés à l’exploitation minière
La majorité des technologies modernes utilisent des minéraux rares dans leur fabrication. De la même manière, les panneaux photovoltaïques utilisent plus de 19 de ces minéraux rares.
Il s’agit de ressources limitées qui sont assidûment exploitées dans de nombreux endroits du monde. Alors que les pays s’efforcent d’augmenter la production d’énergie renouvelable et de satisfaire la demande de technologie des consommateurs, la demande pour ces minéraux est incroyablement élevée.
Les recherches indiquent qu’il n’y aura pas assez d’indium, un composant utilisé dans les panneaux photovoltaïques, pour répondre à l’énorme demande et alimenter cette révolution verte.
Ces résultats sont alarmants, et l'impact de l'exploitation minière les rend encore plus préoccupants. Il a été démontré que l'exploitation minière provoque des effondrements de terrain, une perte de biodiversité et la contamination des cours d'eau avoisinants par des déchets métalliques extrêmement acides.
9. Impact environnemental du transport de panneaux solaires
Les émissions liées au transport des panneaux solaires constituent un problème supplémentaire. Bien que fabriqués partout dans le monde, les panneaux solaires sont principalement produits en Chine, aux États-Unis et en Europe. De plus, les composants nécessaires à la fabrication de panneaux solaires dans un pays peuvent devoir être expédiés vers un autre.
Honnêtement, il est difficile d'estimer précisément l' empreinte carbone associée à chaque étape du processus de production d'un panneau solaire, quel qu'il soit. Les effets de la production de panneaux solaires sur l'environnement n'ont pas fait l'objet d'études approfondies ni d'une documentation exhaustive.
Cependant, selon certains rapports, la Coalition pour la transparence de la recherche sur les matériaux tente de quantifier et de divulguer les empreintes carbone liées à l'extraction, à la fabrication et au transport des panneaux solaires.
Il est à noter que la quantité d'émissions de carbone générées lors de la production de panneaux solaires est bien inférieure à celle des installations énergétiques conventionnelles et beaucoup plus faible que celle de l'extraction du charbon , de la fracturation hydraulique ou du forage pétrolier.
Un problème courant avec les panneaux solaires, cependant, est ce qui leur arrive après leur durée de vie typique de 25 ans, qui va au-delà de leur production.
Conclusion
Même si l’énergie solaire n’est pas sans faille, elle a en général un impact environnemental et financier net positif.
Oui, l’exploitation minière et la production de panneaux solaires nécessitent d’énormes quantités d’énergie, et oui, le processus implique l’utilisation de produits chimiques. Cependant, contrairement à ce qu’indiquent les données, ces deux faits incontestables n’impliquent pas que les panneaux solaires ont un effet négatif net.
En moins de deux ans, l’énergie utilisée pour produire un panneau solaire sera récupérée. Même lorsque l’énergie solaire est prise en compte pendant les étapes de production et de transformation, les émissions produites sont 3 à 25 fois inférieures à celles produites lorsque la même quantité d’énergie est produite à partir de combustibles fossiles.
L’utilisation de l’énergie solaire génère moins d’émissions que l’utilisation de n’importe quel combustible fossile, notamment le charbon, ce qui en fait une technologie très avantageuse.
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