Le photovoltaïque

INTRODUCTION

Le principe photovoltaïque (conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique) a été découvert en 1839 par le physicien français Antoine César Becquerel. En 1955, des chercheurs américains (Chapin, Fuller, Pearson et Prince) développent une cellule photovoltaïque à haut rendement de 6 %. Tout d’abord réservé à l’aérospatial, la première maison équipée d’une installation photovoltaïque voit le jour en 1973 puis le photovoltaïque se démocratise suite à création de tarifs d’achat qui permettent de vendre l’électricité produite.

 

AVANTAGES DU PHOTOVOLTAÏQUE

• Le photovoltaïque est une technologie qui a fait ses preuves et qui fonctionne de façon fiable.

• Production d’électricité à partir d’une ressource inépuisable, non-polluante, facilement accessible.

• Production silencieuse et sans odeur qui permet d’installer les systèmes là où l’on en a besoin.

• Pas de mesures de sécurité draconiennes ni de risques de transport.

• Faible coût de maintenance (pas de parties mobiles): une fois les investissements payés, l’électricité est produite gratuitement.

• Installation rapide.

 

LA TECHNOLOGIE

 

Le kWc (kilowattcrête) est l’unité utilisée pour mesurer la puissance d’une installation photovoltaïque. Elle correspond à la puissance de pointe produite par une installation et elle est mesurée aux STC (conditions de test standards : température 25°C sous rayonnement de 1000W/m² AM1.5)

La plupart des fabricants de panneaux solaires donnent une garantie de rendement sur au moins 20 ans (à -20% de puissance) mais la durée de vie des panneaux est d’au moins 30 ans.

Le coût des modules diminue rapidement (elle suit la loi de Verdoorn : -20% chaque fois que la production cumulée double) : au premier semestre 2010 le prix des modules à diminué de plus de 20%.

Remarque : Le solaire thermodynamique permet également de produire de l’électricité à partir du soleil mais il n’utilise que le rayonnement direct (alors que les cellules photovoltaïques utilisent les rayonnements direct et diffus)

 

IMPACT ENVIRONNEMENTAL

Emissions de CO2

Le projet espace 2 (Source : http://www.espace-pv.org/) a étudié l’impact environnemental des différentes technologies photovoltaïques. Les hypothèses pour cette étude : irradiation annuelle moyenne reçue dans le plan des modules de 1440kWh/m²/an (correspondant à une orientation plein sud, inclinaison de 30°, ensoleillement moyen reçu à Lyon).

Temps de retour énergétique


La variation des valeurs pour une même définition et une même technologie dépend du mix électrique utilisé pour la fabrication des modules. Les mixes d’électricité considérés pour la fabrication des modules sont ceux de la Chine, de l’Allemagne, de la France, du Japon et des Etats-Unis. Il est important d’indiquer que, peu importe la définition, le temps de retour énergétique est plus faible que la durée de vie du système (fixée à 30 ans dans le cadre de cette étude). Source : http://www.espace-pv.org/

Recyclage

La plupart des grands fabricants de panneaux photovoltaïques font partie de PVCycle, un organisme chargé de récupérer et de recycler les panneaux en fin de vie. L’énergie nécessaire pour recycler un panneau équivaut en moyenne à environ un tiers de l’énergie qui a été nécessaire pour le produire (source : l’énergie solaire photovoltaïque de la Fondation pour la nature et l’homme). Les principaux matériaux utilisés sont recyclables mais il existe certains composants dangereux (ex : le Cadium dans les panneaux CdTe) et certaines technologies utilisent des ressources qui sont déjà difficiles d’accès. Le temps de retour énergétique du système photovoltaïque est généralement donné entre 1 et 4 ans.

LE MARCHE FRANÇAIS

Le productible photovoltaïque en France

Le photovoltaïque est une source intermittente (pas de production la nuit) dont la production dépend de la météo, de l’heure de la journée, de la saison, de l’orientation et de l’inclinaison des panneaux

Remarque : Pour des systèmes avec suiveurs, la production peut atteindre 1900 kWh/kWc.

Facteur de charge du photovoltaïque en France : ~14% (1220 heures d’ensoleillement) contre ~85% pour le nucléaire et ~25% pour l’éolien. C’est-à-dire qu’une puissance photovoltaïque de 7,3 GWc produirait sur un an la même énergie qu’un réacteur nucléaire de puissance 1,2 GW

 

Puissance installée

La France prévoit d’installer 5,4 GWc d’ici 2020 ce qui représente environ 500 MWc/an.

 

Source : http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr

Au gouvernement qui se félicite d’avoir « multiplié par 100 » la puissance photovoltaïque installée depuis 2007, on peut répondre que les 6 dernières années la France à installé 6 fois moins que ce qu’a installé l’Allemagne en 2010 (7,41 GWc).

Tarif d’achat

Les nouveaux tarifs d’achat de l’électricité photovoltaïque en France et leurs évolutions sont fixés par l’arrêté du 4 mars 2011 pour les installations inférieures à 100 kWc. Ils dépendent de la taille du projet (limites : 9 et 36 kWc), du système utilisé (intégration, intégration simplifiée, autre) et de l’usage du bâtiment (habitation, enseignement..). Ils vont de 21,37 à 38,80 c€/kWh (janvier – mars 2012) pour les systèmes intégrés ou intégrés simplifiés. Ces tarifs sont ajustés tous les trimestres en fonction de la puissance des nouveaux projets déposés au cours du trimestre précédent (diminution jusqu’à 9,5%).

Pour les projets de 100 à 250kWc sur bâtiment, un système d’appel d’offre « simplifié »a été mis au point. Il consiste à sélectionner une certaine puissance de projet en fonction du tarif d’achat souhaité. Au-delà de 250 kWc d’autres critères sont pris en comptes (prix, technologie, environnement,…)

L’écart entre le tarif d’achat (entre 213 et 388 euros par mégawatt/heure) et le prix du marché (~56 euros par MW/heure) est financé par les consommateurs d’électricité via la contribution au service public de l’électricité (CSPE). Cela représente un tarif d’achat de 3,8 à 6,9 fois supérieur par rapport aux prix du marché.

Acceptabilité

Un sondage OpinionWay pour la société Solairedirect, publié en février 2011, montre que 91 % des Français sont favorables à l’installation de panneaux solaires sur leur toit.

Critiques

• Coût de l’électricité trop élevé

• source d’énergie intermittente

• Investissement risqué (problème d’étanchéité, raccordement)

• Délais de retour sur investissement longs

• Composants polluants

 

Emplois

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Le photovoltaïque a permis de créer plus de 20000 emplois entre 2008 et 2010 concentrés sur l’aval (développement de projet, installation, exploitation) du fait d’une rémunération supérieure. Depuis la fin du moratoire plusieurs milliers d’emplois ont été perdu.


Origine du matériel

D’après les informations recueillis par Photon en décembre 2010, les capacités de production de la France s’élèvent à :

  • 300 tonnes pour les blocs de silicium (44 000 tonnes en Allemagne)
  • 70 MWc pour les wafers (2600 MWc en Allemagne soit 10% du marché mondial)
  • 70 MWc pour les cellules (3800 MWc en Allemagne)
  • Environ 574 MWc pour les modules soit plus du double de celle de 2009 (266 MWc). (4300 MWc en Allemagne)
  • 12 MW pour les onduleurs (26 000 MW en Allemagne)

Photowatt indique que la part de la main d’œuvre dans le prix de revient d’un panneau dans une approche intégrée est inférieure à 20% (entre 15% et 20%).

Commerce extérieur

Même si la filière compte déjà des entreprises très bien placées sur certains segments de marché et certaines niches (équipements de production, matériaux solaires, matériels électriques, etc.) les dernières statistiques disponibles montrent qu’en termes de fournitures la filière française est largement minoritaire sur son propre marché, puisque le déficit de la balance commerciale est de l’ordre de 1,5 md€ en 2010. Ce déficit est en forte croissance par rapport à 2009 où il était d’environ 800 M€ (soit 2% du déficit commercial) et a été multiplié par 10 en quatre ans. L’Asie est devenue la première source de ce déficit et est en passe de distancer les autres. Selon les chiffres fournis par les douanes, les importations chinoises représentent environ 25% du total en 2010. Ces chiffres sont cependant probablement sous-estimés, notamment parce qu’ils ne prennent pas en compte le fait que les marchandises produites en Asie peuvent transiter par des pays tiers (notamment l’Allemagne) avant de rejoindre la France. Il ne fait toutefois aucun doute que les importations en provenance d’Asie sont en nette augmentation (source : rapport Charpin)

 

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Coût d’une installation

Matériel et pose constatés en 2011

Source : http://www.photovoltaique.info

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Le prix des principaux éléments d’une installation photovoltaïque :

–         Modules : 0,75 – 1,25 €/Wc (en fonction de la technologie, du rendement et de l’origine)

–         Onduleur : 0,2 €/Wc

–         Matériel électrique : 0,1 – 0,2 €/Wc

–         Structure : 0,2 – 0,4 €/Wc

Parité réseau

Une étude de l’EPIA (Association européenne de l’industrie photovoltaïque) datée de septembre 2011 analyse le marché européen pour déterminer quand la parité réseau sera atteinte. Elle discerne 2 types de parité :

  • la « parité réseau dynamique » définit comme étant le moment où le prix de production d’électricité photovoltaïque pour un utilisateur est égal au prix auquel il achète l’électricité. Cette parité pourra selon l’EPIA être atteinte à partir de 2014 en France pour les centrales au sol dans le sud de la France et elle sera ensuite atteinte d’ici 2019 partout en France et pour tous les systèmes (hors intégrés).
  • la « compétitivité de production » définit comme étant le moment où le coût de production d’électricité photovoltaïque est égal au coût de production d’électricité. L’évaluation se fait sur le prix de production de centrales au gaz à cycles combinés qui correspondent le plus au mode de production du photovoltaïque. Cette parité pourra être atteinte à partir de 2015 pour les centrales au sol et d’ici 2019 elle sera atteinte pour tous les systèmes (hors intégrés)

Analyse de la filière photovoltaïque

La stratégie de construction d’une filière industrielle par remontée de l’aval vers l’amont n’a pas fonctionné, et l’intégration au bâti n’a réussi ni à protéger les entreprises françaises, ni à créer une filière de niche. Les rares entreprises présentes sur le marché du photovoltaïque apparaissent fragiles

La valorisation de la R&D produira, au mieux, des effets en termes de positionnement sur le marché d’ici trois à cinq ans

 

POLITIQUE FUTURE

 

Objectif EELV

L’objectif d’EELV pour le photovoltaïque est d’atteindre une production de 25TWh d’ici 2020. (Puis de 50TWh en 2030, 65TWh en 2040 et 80TWh en 2050 mais si l’objectif initial est atteint cela ne posera pas de problème). En estimant une production moyenne de 1100kWh/kWc il faudrait installer 23GWc d’ici 2020 (plus de 17GWc sont installés en Allemagne en juillet 2011). Il s’agit donc de mettre en place une bonne politique tarifaire permettant d’atteindre cet objectif et de développer le réseau électrique. Ci-dessous un exemple montrant comment on pourrait y parvenir :

 

 

Pistes de réflexion pour le photovoltaïque en France

Les professionnels du secteur sont demandeurs de visibilité, afin de pouvoir innover, investir, se former. Le nouvel arrêté de mars 2011 qui essaye de limiter le nombre d’installation en diminuant les tarifs (jusqu’à 9,5% par trimestre) n’offre aucune visibilité et n’encourage pas les industriels à investir dans le photovoltaïque

Pour mettre en place une vrai politique photovoltaïque il faut se concerter avec les acteurs du secteur et tenir compte de ce qui se fait sur les autres marchés et particulièrement en Allemagne qui est le marché le plus mature. Pour information l’ensoleillement en Allemagne varie de 1100 kWh/m²/an (Hamburg) à 1300 kWh/m²/an (Munich) contre 1150 kWh/m²/an – 1800 kWh/m²/an en France

En janvier 2012 en Allemagne, le prix de l’électricité sur toiture (la plupart des installations en surimposition) est fixé en fonction de la taille du projet:

–         Jusqu’à 30 kWc : 24,43 c€/kWh

–         Entre 30 et 100 kWc : 23,23 c€/kWh

–         Entre 100 et 1000 kWc : 21,98 c€/kWh

–         Supérieure à 1000 kWc 18,33 c€/kWh

Le tarif baisse à la fin de l’année (en fonction de la puissance installée dans l’année) et une baisse exceptionnelle peut avoir lieu en milieu d’année si la puissance installée dépasse un certain seuil. Cette politique fait que la plupart des installations se font les 3 derniers mois de l’année et que le début de l’année est très calme.

L’Allemagne encourage l’autoconsommation en donnant une prime pour tout kWh produit et consommé (il faut savoir que pour le particulier le prix du kWh s’élève à environ 21c€):

–         Entre 0 et 30 kWc : jusqu’à 30% d’autoconsommation 8,05 c€/kWh et 12,43 c€/kWh au-delà

–         Entre 30 et 100 kWc : jusqu’à 30% d’autoconsommation 6,85 c€/kWh et 11,23 c€/kWh au-delà

–         Entre 100 et 500 kWc : jusqu’à 30% d’autoconsommation 5,6 c€/kWh et 9,98 c€/kWh au-delà

Pour les centrales au sol il n’existe plus que des tarifs pour les terrains en conversion

Pour 2012 l’Allemagne prévoit de brider les installations photovoltaïques à 70% de la puissance maximale afin de garantir la stabilité du réseau.

 

En tenant compte de ces éléments voici quelques pistes à considérer pour mettre en place une nouvelle politique photovoltaïque :

  • Tarifs en fonction de la taille des projets indexés sur les tarifs pratiqués dans d’autres pays en tenant compte de l’ensoleillement et des contraintes respectives. Il est illusoire de penser qu’un marché qui représente moins de 10% du marché allemand puisse guider le prix des systèmes
  • Mettre en place une régionalisation du tarif (comme par exemple ce qui était fait en 2010 pour les installations >250kWc : 0-20% selon le département) qui permet de développer le photovoltaïque partout en France et pas seulement dans le Sud
  • Encourager les installations qui ne sont pas orientées de façon optimale. Cela permet de produire de l’électricité de manière plus homogène
  • Encourager l’autoconsommation par la mise au point d’un tarif pour développer des systèmes qui s’adaptent à la production (ce qui est contraire à la politique actuelle où l’on adapte la production à la consommation) afin de garantir la stabilité du réseau
  • Evolution des tarifs lisibles et prévisibles pour faciliter l’investissement. Propositions : tarif dégressif tous les mois (ex : 1%) et ajustement en fin d’année afin de mieux répartir les travaux d’installation
  • Diminuer les délais et les contraintes de raccordement en décrétant par exemple que si la puissance de l’installation est inférieure à la puissance de consommation souscrite pour le bâtiment alors le raccordement est rapide et à coût réduit
  • Favoriser les produits européens pour limiter les importations d’Asie : en Italie par exemple le tarif d’achat est augmenté de 10% pour les installations solaires réalisées avec du matériel fabriqué au minimum à 60 % dans l’union européenne. L’argument prix devient de plus en plus important et les fabricants européens ont du mal à suivre la baisse des modules chinois.
  • Facilitation des démarches administratives : à l’heure actuelle en France pour s’assurer d’examiner seulement les projets sérieux, de plus en plus de documents sont demandés ce qui augmente le temps investit pour le développement des projets. Une proposition serait de fixer le tarif d’achat au moment de la déclaration de fin de travaux et non après l’envoie complet de la demande de PTF (Proposition Technique et Financière) : cela mettrait également fin à la spéculation sur les projets.

Les chiffres tirés du bilan d’étape du projet PV Legal permettent de voir les différences entre les démarches à effectuer en France et en Allemagne

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  • Mettre en place un tarif linéaire en fonction de la taille comme ce qui est pratiqué en Allemagne (ex : pour une installation de 200 kWc le tarif en Allemagne serait de (30*28,74 + 70*27,33 + 100*25,86)/200 = 26,81 c€/kWh) afin de ne pas limiter les projets à certaines tailles (à l’heure actuelle en France il est inimaginable de faire une installation de 37kWc)
  • Supprimer le système d’appel d’offre qui complique les démarches et fixer un prix correct en fonction de la taille du projet. Possibilité de soutenir de nouvelles technologies (ex : concentration, thermodynamique,…) en accordant un bonus.
  • Donner une prime pour les systèmes intégrés (spécificité française) et un autre pour tous les autres systèmes (intégration simplifiée et surimposition). N’octroyer la prime à l’intégration que lorsque celle-ci est justifiée et que la toiture sur laquelle se trouve l’installation répond à certains critères. Il est par exemple contre productif d’encourager l’installation de système photovoltaïque sur des toitures non isolées (lorsque les combles sont habitées) car cela bloque pendant au moins 20 ans la rénovation de la toiture. Il faut savoir que l’intégration à un coût non négligeable (système, installation, assurance) et qu’elle accroit les risques (fuites, vieillissement du matériel) tout en diminuant la production d’électricité (perte de rendement des panneaux avec l’augmentation de la température)
  • Interdire l’installation de centrales sur des terres agricoles mais encourager l’installation sur toutes les surfaces bâties (ex : combrières de parking) ou sur les sites pollués
  • Encourager la recherche dans les nouvelles technologies et le lien avec les industriels pour créer une filière complète en France
  • Facilité le financement et l’assurance des systèmes photovoltaïques

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