L'électricité solaire

La conversion photovoltaïque : du soleil à l’électricité

• Définitions

Conversion directe de la lumière du soleil en électricité.
Portail de l’Association canadienne de l’Energie Eolienne (ACÉÉ) [en ligne] Disponible sur <ww.smallwindenergy.ca/fr/Resources/Glossary.html> (Consulté le 28/12/2007 ).

Procédé qui permet de convertir la lumière en électricité via des cellules à base de silicium. Dans le cadre d’une installation électrique, les cellules puis les panneaux sont reliés entre eux pour accroître la puissance globale. ...
Portail immo-bois [en ligne] Disponible sur <www.immo-bois.com/glossaire-maison-bois-MP.php> (Consulté le 28/12/2007).

• Le module photovoltaïque à la base des applications

L’énergie solaire photovoltaïque [est] la conversion directe de l'énergie solaire en électricité (…) par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur (silicium par exemple). Elle ne nécessite ni pièce en mouvement, ni carburant, et n'engendre aucun bruit. L'élément de base est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux. Ceux-ci mettent en mouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.
La tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible (0,6 V). C'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque (produit que l'on trouve dans le commerce). Selon les technologies et le type d'usage qui en est fait, ce module présente une surface de 0,1 m² (10 W) à 1 m² (100 W), valeurs moyennes indicatives, et décline des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V selon l'application.
Portail de l’ Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie [en ligne] Disponible sur <http://194.117.223.129/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=12554#qst2> (Consulté le 28/12/2007)

• Une technologie récente positionnée sur des créneaux confidentiels

« L’énergie photovoltaïque est une énergie jeune. Les premières cellules photovoltaïques ont été installées sur les satellites en 1960. Les premières applications terrestres sont apparues dans les années 70, les applications domestiques dans les années 80 et les applications de couplage au réseau dans les années 90. Depuis quelques années, l’énergie photovoltaïque commence à représenter des volumes importants, de plusieurs centaines de mégawatts. A ce jour, les applications professionnelles concernent le balisage, les télécommunications, l’éclairage… »
DEBAT NATIONAL SUR LES ENERGIES. Énergies renouvelables : alternatives ou complément?, Compte rendu intégral de la rencontre. [en ligne] Rennes, 5 mai 2003, 98 p. Disponible sur <http://www.industrie.gouv.fr/debat_energie/site/pdf/cri-rennes5mai.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

• La filière photovoltaïque élargit ses champs d’application

« L’électricité solaire photovoltaïque peut être employée de deux manières : pour la fourniture d’électricité en sites isolés ou pour l’injection d’électricité dans un réseau électrique. La première application est la plus ancienne et la plus répandue au regard des millions de systèmes installés à travers le monde. (…) La caractéristique principale de cette première catégorie d’applications de l’électricité solaire est qu’elle nécessite l’emploi de batteries lorsque le besoin d’électricité n’est pas en phase avec la production.
La seconde application, plus récente, bénéficie d’un taux de croissance encore plus rapide. Il s’agit dans ce cas de transformer directement le courant continu des modules photovoltaïques en courant alternatif identique à celui qui est utilisé dans les réseaux électriques basse tension. L’électricité ainsi générée “au fil du Soleil” est soit consommée sur place, soit injectée dans le réseau. L’intérêt économique et l’engouement actuel pour cette solution viennent du fait que l’électricité produite peut être vendue à la compagnie de distribution d’électricité à un prix subventionné (…) Les précurseurs en matière de “toits solaires”ont été le Japon et l’Allemagne à la fin des années 80. À l’heure actuelle, des programmes importants sont en phase de réalisation, au Japon et en Europe du Nord principalement, sur un rythme de l’ordre de 20 000 systèmes montés en toiture chaque mois. Ce “couplage”au réseau pourrait se faire un jour de façon centralisée avec des centrales photovoltaïques de quelques mégawatts. »
CEA. Les trois voies de l'énergie solaire In Revue Clefs CEA - Hiver 2004-2005. [en ligne] 2005
p. 112 à 115 Disponible sur <http://www.cea.fr/var/plain/storage/original/application/c8dbec176fb6c6265e9dbff35ba1815f.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

Des atouts certains et … des handicaps

• Une énergie renouvelable non polluante facile à installer et à entretenir…

Advantages

• Environmental performance: no noise, harmful emissions or polluting gases.
• “Fuel” delivered free, by nature
• Easy to install, modular technology
  • Install as small or as large as needed
  • More modules can be added later on
• Low maintenance, in general there are no moving parts
• Long life span

• …Mais encore coûteuse et difficile à mettre en oeuvre

Disadvantages

• Off-grid system needs to be combined with a back-up or storage system to secure supply
• High initial investment cost
• Substantial surface required

Leonardo-Energy 3D Forum, Photovoltaic system. [en ligne] 2007, diapo 5 sur 17 Disponible sur <http://www.leonardo-energy.org/planning/wp-content/uploads/2007/11/5-photovoltaics-v20.ppt> (Consulté le 28/12/2007)

• Une technologie qui entre en concurrence avec les autres modes de production d’énergie renouvelable

Le raccordement au réseau est aujourd'hui loin de trouver sa justification économique, il est largement subventionné principalement pour des raisons de développement de la filière. Comme pour l'éolien, l'intermittence pose des problèmes qui en limitent l'insertion dans un réseau et seules les centrales thermiques à flamme ont la souplesse souhaitable pour prendre le relais. Au plan de l'émission de gaz à effet de serre le raccordement du photovoltaïque a un certain intérêt chaque fois que l'on substitue cette production à de la production fossile majoritaire (cas des pays fortement émetteurs de CO2 comme l'Allemagne ou les DOM TOM) mais ne présente aucun intérêt dans des pays d'ores et déjà très peu émetteurs de CO2 pour la production de leur électricité (cas de la Suède, de la Suisse et de la France qui utilisent principalement le nucléaire et l'hydraulique).
Union des Associations d'anciens et de Retraités du Groupe AREVA. Le solaire photovoltaïque. [en ligne] 2007 Disponible sur <http://www.uarga.org/energie/Energie_Solaire.php#P2> (Consulté le 28/12/2007)

• Une énergie disponible mais qui nécessite le soutien des pouvoirs publics pour se développer

[Le Photovoltaïque] est exploitable pratiquement partout, la lumière du soleil étant disponible dans le monde entier l’équipement de production peut presque toujours être installé à proximité du lieu de consommation, évitant ainsi les pertes en ligne il est totalement modulable et la taille des installations peut être facilement ajustée selon les besoins ou les moyens aucun mouvement, pas de pollution directe ou indirecte (effluents atmosphériques ou liquides, produits de nettoyage, risque d’accident physique,...) aucun déchet, aucune perturbation pour l’environnement de proximité la maintenance et les réparations sont réduites à presque rien pour la partie photovoltaïque et à peu de chose pour l’électronique associée.
[Le] handicap majeur [des systèmes photovoltaïques] reste un coût encore élevé comparé aux sources conventionnelles et aux filières renouvelables plus mûres. Ce coût diminue de 10% par an, et pour accélérer cette baisse, les autorités nationales et internationales doivent engager une politique de soutien à long terme de la filière photovoltaïque. C’est précisément l’objectif des programmes lancés depuis quelques années dans plusieurs pays industrialisés. Autre défi : l’intégration du photovoltaïque dans des matériaux de construction habituels tels que tuiles, éléments de façade, pare-soleil, protections sonores, … mais aussi son intégration en tant que sujet d’étude dans l’enseignement de base de toutes les professions concernées : concepteurs, architectes, ingénieurs, techniciens, électriciens, couvreurs, façadiers...

Rhônalpénergie–Environnement avec le soutien de la Région Rhône-Alpes, de l’ADEME et en collaboration avec Hespul. PERSEUS: Guide des installations photovoltaïques raccordées au réseau électrique, destiné aux particuliers Edition 2007. [en ligne] 2007. 48 p. Disponible sur <http://194.117.223.129/servlet/getBin?name=577EDAC3DC73024E31EFA739AF3962701198159893424.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

Etat des lieux dans le monde

• L’électricité photovoltaïque représente une infime partie de la production d’électricité mondiale

La production mondiale d'électricité en 2005 a représenté un total de 18 138 TWh dont la majeure partie est issue du thermique à flamme essentiellement du fait du développement industriel de pays tels que la Chine qui dispose de grandes réserves de charbon.
Les autres énergies renouvelables, dans lesquelles se trouve le solaire, représentent une faible partie de la production d'électricité

EDF. Panorama de l'électricité. [en ligne] EDF, 2006, Disponible sur <http://www.edf.com/html/panorama/production/renouvelable/solaire/monde.html> (Consulté le 28/12/2007)

• En tête du peloton : Allemagne, Japon et USA

• Trois pays se partagent l’essentiel du marché

Germany , Japan and USA are the clear PV market leaders. Together the formed 1.1 GW of a total 1.3 GW globally. However, current development show that market also global markets are going to be more diversified in future.

European Photovoltaic Industry Association (EPIA) Annually installed capacity In Global [en ligne] Disponible sur <http://www.epia.org/index.php?id=92> (Consulté le 28/12/2007 )

• L’Allemagne reste leader en Europe en terme de production d’électricité photovoltaïque…

3,4 GWc installés dans l’Union européenne
Le marché européen du photovoltaïque a encore atteint des sommets en 2006, grâce au dynamisme du marché allemand. Selon les premières estimations disponibles, la puissance supplémentaire installée en 2006 pourrait s’élever à 1 245,7 MWc, permettant au parc de l’Union européenne de dépasser largement la barre des 3 000 MWc. Les objectifs du Livre blanc ont donc été remplis avec quatre ans d’avance. Le secteur du photovoltaïque européen reste cependant très hétérogène, avec un marché allemand ultra-dominant (estimé à 1 150 MWc en 2006) alors que les autres pays de l’UE varient de quelques kWc à quelques dizaines de MWc.

• … et en terme de production de phtotopiles

Le marché allemand occupe toujours la première place mondiale pour les photopiles, loin devant le Japon (qui devrait rester à 300 MWc, environ, en 2006) et les États-Unis (estimation à plus de 120MWc).(…)
La montée en puissance du marché espagnol, qui a été enregistrée en 2005 (+ 15,5MWc), a été confirmée en 2006 .(…)
L’année 2007 devrait ( …) voir une nette augmentation du marché italien avec, déjà en début d’année, 7 330 centrales en cours de construction pour une puissance de 62 MWc.(…)
La France a modifié l’an dernier, une nouvelle fois, son système d’incitation, du fait de résultats trop insuffisants. Le gouvernement a ainsi porté en 2006 le crédit d’impôt pour les particuliers à 50 % (40 % en 2005). Ce système permet aux particuliers uniquement de percevoir une somme représentant la moitié du coût total de l’équipement de leur habitation principale, main-d’oeuvre non comprise. Le tarif d’achat a également été réévalué en juillet 2006. Il s’établit désormais, pour la métropole, à 30 c€/kWh plus une prime de 25 c€/kWh en cas d’intégration dans le bâti. Dans les départements d’outremer (Dom) et en Corse, le tarif d’achat a été réévalué à 40 c€/kWh plus une prime d’intégration de 15 c€/kWh. Ces tarifs doivent permettre à la France d’atteindre les objectifs définis lors de la loi de programmation pluriannuelle des investissements qui sont de 120 MWc en 2010 (85 MWc pour les Dom et 35 MWc pour la métropole).
EurObserv’ER. S Y S T È M E S S O L A I R E S - LE JOURNAL DES ÉNERGIES RENOUVELABLES n° 178 - 2007 PHOTOVOLTA I C B A R O M E T E R. [en ligne] avril 2007. 16 p. Disponible sur <http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/observ/baro178.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

La France : un acteur mineur de la filière

Hall Maria. Global co-operation in the IEA Photovoltaic Power Systems ProgrammeNEET Workshop. [en ligne] Johannesburg, 20–22 February 2007. 38 p. Disponible sur <http://www.iea.org/Textbase/work/2007/neet/hall.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

• La production d’électricité photovoltaïque est confidentielle en France

  
  

  • Le solaire, parent pauvre des énergies renouvelables, 0,6% de la production d’électricité nationale

La production française d'électricité en 2006 a représenté un total de 549,1 TWh dont la majeure partie est issue du nucléaire. Les autres énergies renouvelables, dont fait partie le solaire, représentent une infime partie de la production d'électricité. Parmi les énergies renouvelables, le solaire occupe une place minime. Elle est cependant en très forte progression par rapport à 2004 (et plus généralement sur les 10 dernières années).
EDF. Panorama de l'électricité. [en ligne] Disponible sur <http://www.edf.com/html/panorama/production/renouvelable/solaire/france.html> (Consulté le 28/12/2007)

• Cependant, la puissance installée est en nette augmentation depuis 2000

(1) production moyenne de 940 kWh électrique par kW de puissance crête installée

Institut National de l'Energie Solaire. Thermomètre du solaire en France. [en ligne] Disponible sur <http://www.ines-solaire.com/statistiquessolaires.htm> (Consulté le 28/12/2007)

• Le marché national du photovoltaïque est porté essentiellement par les DOM et des incitations financières

En France, le système mis en place pour la métropole en 2005, combinant un crédit d’impôt de 40 % et un faible tarif d’achat (14,13 c€/kWh en 2005) n’a pas convaincu les investisseurs. La croissance a été essentiellement portée par les départements d’outre-mer qui disposent d’un régime de subventions spécifiques. Au final, la puissance supplémentaire en France a été de 6,7 MWc, portant la puissance totale à 33 MWc. Prenant acte de la situation, le gouvernement a porté le crédit d’impôt à 50 % et a réévalué une première fois le tarif d’achat à 22,5 c€/kWh pour les particuliers (30,5 c€/ kWh pour les professionnels) puis une seconde fois, le faisant passer en juillet 2006 à 30 c€/kWh plus une prime de 25 c€/kWh en cas d’intégration dans le bâti. L’objectif en France, défini lors de la loi de programmation pluriannuelle des investissements, est d’atteindre 120 MWc en 2010 (85 MWc pour les DOM et 35 MWc pour la métropole).
EUR’OBSERV’ER. 6E BILAN ETAT DES ENERGIES RENOUVELABLES EN EUROPE 2006 [en ligne]
60 p. Disponible sur <http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/barobilan/barobilan6.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

• Lla métropole rattrape son retard

L'année 2006 restera marquée par (…) une intensification du solaire photovoltaïque relié au réseau , après déjà trois années consécutives de forte croissance ; les puissances de capteurs installés reliés au réseau métropolitain en 2006 auraient doublé selon les premières estimations de l'Ademe (6100 kWc contre 3075 kWc en 2005).
DGEMP-Observatoire de l'énergie.Les énergies renouvelables en France : les principaux résultats en 2006. [en ligne] Mai 2007 (modifié le 15/05/2007). Disponible sur <http://www.industrie.gouv.fr/energie/renou/textes/se_bilan.htm> (Consulté le 28/12/2007)

• Les systèmes photovoltaïques sont désormais reliés au réseau

Les objectifs fixés doivent être réévalués notamment grâce à la puissance installée dans les DOM.
Le parc des capteurs photovoltaïques raccordés ou non au réseau est recensé en terme de puissance installée depuis 1992. L’électricité produite est estimée en fonction de la puissance installée et d’un rendement moyen, variable selon la localisation du site (Métropole ou DOM) et selon que le site est isolé ou relié au réseau. (…)
Le solaire photovoltaïque, principalement réservé aux sites isolés dans la décennie 1990, bénéficie d’une croissance élevée depuis les années 2000 avec le développement du photovoltaïque relié au réseau, notamment dans les DOM (triplement des puissances et de la production au cours des cinq dernières années). L’objectif de développement indiqué dans le cadre de la PPI fait état d’une augmentation de capacité comprise entre 1 et 50 MW pour l’énergie solaire photovoltaïque et autres énergies renouvelables d’ici le 1er janvier 2007. L’objectif minimum est dès à présent atteint et l’annonce d’une hausse significative des tarifs de rachat de l’électricité produite pourrait renforcer l’attrait de cette filière.
Direction Générale de l’Énergie et des Matières Premières, Observatoire de l’Économie de l’Énergie et des Matières Premières Les énergies renouvelables en France 1970-2005 [en ligne]. Observatoire de l’Énergie – Juin 2006. 44 p. Disponible sur <http://www.industrie.gouv.fr/energie/statisti/pdf/historique-enr02.pdf> (Consulté le 28/12/2007)

Bibliographie

LABOURET Anne, VILLOZ Michel. Énergie solaire photovoltaïque - 2e éd.. - Paris : Dunod : Éd. "Le Moniteur", DL 2005, 303 p.

LABOURET Anne , CUMUNEL Pascal, BRAUN Jean-Paul et al.,.Cellules solaires : les bases de l'énergie photovoltaïque - 4e éd.. - Paris : ETSF, Éd. techniques et scientifiques françaises, DL 2005, 118 p.