Des modèles d’affaires circulaires pour le photovoltaïque et les batteries

4. Juin 2020
Juin 2020

CIRCUSOL est un projet de recherche et d’innovation d’Horizon 2020 qui s’est fixé comme but la mise en œuvre de modèles d’affaires circulaires durables pour le secteur photovoltaïque (PV). Des stratégies de valorisation circulaires incluent la réutilisation, la réparation et la remise en état de modules photovoltaïques et de batteries lithium-ion de véhicules électriques.

Maria Franco Mosquera, collaboratrice scientifique, BFH
Stefan Grösser, professeur de management stratégique et organisation, directeur de la filière Ingénierie de gestion, BFH
La croissance exponentielle des installations PV, leur recyclage ultérieur et les déchets issus du matériel restant créent des difficultés importantes sur le plan technique et écologique. Dans le même temps, de nouvelles possibilités de valeur ajoutée émergent pour d’importants acteurs du secteur photovoltaïque. Le consortium scientifique CIRCUSOL examine l’une de ces possibilités: la réparation de modules PV défectueux ou dégradés, dans l’optique de leur réutilisation comme produits usagés («utilisation secondaire»). On estime que jusqu’à 80 % des futurs déchets photovoltaïques issus des modules défectueux résulteront de dommages apparus durant la production, le transport ou les quatre premières années d’exploitation, plutôt que de produits ayant atteint la fin de leur durée de vie technique prévue [1]. De ces 80 %, selon le consortium CIRCUSOL, entre 45 % et 65 % devraient pouvoir être réparés ou remis en état puis commercialisés comme modules en utilisation secondaire (seconde vie) [2].
Stefan Grösser lors d’une réunion d’évaluation intermédiaire à Bruxelles en février 2020.

Seconde vie pour les batteries et service de stockage

En fonction de l’intensité avec laquelle elles ont été utilisées, les batteries au lithium-ion des véhicules électriques sont mises hors service après huit à dix ans, parce que leur capacité diminue. On estime toutefois que ces batteries usagées atteignent encore jusqu’à 70 % de leur capacité initiale, si bien qu’elles pourraient être réaffectées à des applications moins exigeantes, par exemple pour le stockage stationnaire d’énergie issue de sources renouvelables (solaires, par exemple).
CIRCUSOL recourt à diverses démonstrations afin d’évaluer la faisabilité de modèles d’affaires novateurs donnant une seconde vie aux batteries lithium-ion. L’une d’entre elles consiste à inclure des systèmes de batteries en seconde vie dans les actuels contrats d’achat d’électricité. Une condition fixée dans ce cadre est que cet amendement ne provoque aucune hausse des frais d’électricité pour le consommateur final. On s’attend à ce que l’intégration du système de batterie dans le cadre d’un modèle du type «stockage d’électricité en tant que service» fonctionne par l’intermédiaire d’un prestataire proposant un système de produits et de services (PSS), par exemple Eon. Le client ne possède pas le système de batterie, mais l’utilise pour une période déterminée à l’avance. Pour le propriétaire d’une installation PV, l’intégration d’un système de batterie impliquerait une hausse de l’autoconsommation, autrement dit il retirerait davantage de courant bon marché auprès du prestataire PSS que d’électricité couteuse issue du réseau d’approvisionnement. En contrepartie, ce prestataire pourrait vendre une plus grande partie du courant produit par procédé photovoltaïque au propriétaire de l’installation PV – et cela à un prix plus élevé que le tarif normal de rétribution de reprise de l’électricité offert par le distributeur d’énergie. Dans l’ensemble, le stockage d’électricité issue des énergies renouvelables promet une plus grande flexibilité. Des essais sont effectués afin de déterminer la faisabilité technique et financière de l’intégration des systèmes de batteries en seconde vie dans les offres PSS existantes.

Les défis des modèles PSS pour les batteries usagées

L’un des plus grands défis liés à la mise en place d’une offre de solutions de stockage lithium-ion en seconde vie ces prochaines années découle du manque de normes pour les paquets de batteries. Traditionnellement, les fabricants ont développé chacun leurs modèles de batteries, qui se distinguent par leur taille, leur composition chimique et leur forme physique. Cette situation rend plus complexe le processus de remise en état, puisqu’on ignore quels types de batteries parviennent aux entreprises de traitement.
Les couts en baisse des nouvelles batteries constituent un deuxième obstacle, puisqu’ils menacent l’emploi de batteries reconditionnées pour un second cycle de vie. Afin que ce genre de batteries soient attrayantes, la différence de prix entre elles et les batteries lithium-ion neuves doit rester suffisante pour justifier les performances restreintes des installations usagées. Comme pour les modules PV, il n’existe pour l’instant aucune garantie de performance, de qualité ou de sécurité pour les batteries de seconde main. Or ces facteurs s’avèrent déterminants pour l’accueil que le marché réserve à ces solutions, parce que les garanties techniques et les fournisseurs renommés sont indispensables pour obtenir la confiance des clients. Au vu de cette situation difficile, seule une coopération au sein du secteur d’activité permettrait de garantir à la fois une conception facilitant une seconde durée de vie, une amélioration du potentiel de remise en état et la définition de normes de sécurité industrielles pour les batteries usagées.

Simulation informatisée pour étudier la diffusion sur le marché

Le secteur d’activité et l’écosystème dans lesquels prend place la réutilisation des modules PV et des batteries sont passablement complexes. Il faut donc disposer d’un instrument qui puisse aider les décideurs à évaluer les conséquences de leurs décisions à court et à long termes. La BFH développe ainsi un modèle mathématique pour identifier les dynamiques résultant des flux de matériaux et d’information lors de la diffusion de modules PV et de batteries dans leurs premier et second cycles de vie. Le modèle de simulation, basé sur la méthodologie de la dynamique des systèmes, doit permettre des analyses de scénario et des analyses politiques en tenant compte des facteurs juridiques, sociaux, techniques, écologiques et économiques en jeu, ainsi que des barrières qui affectent les modèles d’affaires circulaires.

Bibliographie

(1) Tsanakas, J. A., van der Heide, A., Radavičius, T., Denafas, J., Lemaire, E., Wang, K. … Voroshazi, E. (2019). Towards a circular supply chain for PV modules: Review of today’s challenges in PV recycling, refurbishment and re-certification. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, n/a(n/a). doi:10.1002/pip.3193
(2) Weckend, S., Wade, A., Heath, G. A., Wambach, K., Currás, T. A., Zhang, J. … Wuester, H. (2016). End-of-Life Management: Photovoltaic Panels. Munich, Germany: IRENA, IEA PVPS Task 12
Informations