Le solaire photovoltaïque

Le marché mondial du solaire photovoltaïque

 Le marché mondial du solaire photovoltaïque est en très forte croissance depuis 20 ans (15% de croissance entre 1985 et 1995, puis 35% entre 1995 et 2003 et plus de 40% de 2003 à 2007).

Le marché européen du photovoltaïque

En 2008, l’Union Européenne est restée le principal moteur du marché photovoltaïque mondial avec plus de 80% de la production mondiale installée.

Tableau récapitulatif de la puissance cumulée dans les pays de l'Union à la fin 2007 (source Eurobserv'ER 2009) :

Pays		Puissance cumulée en mégawatt crète (MWc)  en 2007
		En réseau	En site isolé	TOTAL
1	Allemagne	3811	35	3846
2	Espagne	716.334	17.512	733.846
3	Italie	107.1	13.1	120.2
4	Pays-Bas	47.8	5.3	53.1
5	France	27.014	20.226	47.240
6	Autriche	24.477	3.224	27.701
7	Luxembourg	23.934	0	23.934
8	Belgique	21.471	0.053	21.524
9	Royaume-Uni	16.620	1.47	18.09
10	Portugal	15.029	2.841	17.87

Tableau récapitulatif de la puissance cumulée dans les pays de l'Union à la fin 2008 (estimations EurObserv'ER) :

Pays		Puissance cumulée en mégawatt crète (MWc)  en 2008
		En réseau	En site isolé	TOTAL
1	Allemagne	5311	40	5351
2	Espagne	3386.25	18.512	3404.762
3	Italie	445	13.3	458.3
4	France	80.9	20.912	101.812
5	Belgique	71.138	0.053	71.191
6	Portugal	65.011	2.941	67.952
7	Pays-Bas	52	5.2	57.2
8	Rep.Tchèque	54.294	0.38	54.674
9	Autriche	29.03	3.357	32.387
10	Luxembourg	24.414	0	24.414

le marché français du photovoltaïque

De nombreux projets sont prévus à travers toute l’Europe.

Grâce à son exposition solaire élevée, le Portugal est l'un des pays européens qui présente les meilleures conditions d'utilisation de l’énergie solaire à grande échelle. Le 28 mars 2007, au sud-est de Lisbonne l’une des plus grandes centrales solaires au monde a été inaugurée ; d’une capacité de 11 MW (mégawatts), comprenant 52.000 modules photovoltaïques répartis sur un terrain de 60 hectares, son coût s’est élevé à 61 millions d'euros.

De nombreux projets sont également en cours en France.

Natixis Environnement & Infrastructures investit dans le plus grand projet solaire photovoltaïque en France. Il est situé près de Curbans, dans la région Provence-Alpes-Côte d'Azur. La centrale photovoltaïque au sol construite sur un terrain de la localité de Curbans aura une puissance totale de 33MWc. La future centrale produira chaque année 43,5 millions de kWh. Cette production d'énergie renouvelable correspond à la consommation électrique annuelle de près de 14 500 foyers. Elle sera mise en service en août 2011.

Vers une véritable filière industrielle du photovoltaïque en France ?

Alors que de nombreux projets ont d’ores-et-déjà vu le jour en France, il s’agit aujourd’hui de mettre en commun les connaissances et le savoir-faire liés au photovoltaïque, de manière à fédérer tous les acteurs autour de projets de Recherche & Développement du photovoltaïque. L’objectif est d’avoir en France un centre d’excellence dans le photovoltaïque, qui pourra participer au développement et à la compétitivité d’une filière industrielle française.

La filière industrielle en France en est à ses balbutiements, ceci-dit son développement est en bonne voie. En effet, le 14 mars 2008, les 27 États membres réunis ont maintenu leurs objectifs fixés par le Conseil Européen en mars 2007, parmi lesquels parvenir à une proportion de 20% d’énergies renouvelables dans la consommation énergétique.
Ainsi, le Ministère de l’Écologie souhaite une banalisation des technologies dans le domaine du photovoltaïque. C’est dans ce contexte qu’est né le projet de Recherche et Développement Solar Nano Crystal, dont les missions consistent en l’élaboration de silicium de qualité solaire, l’augmentation du rendement des cellules photovoltaïques (de 15% actuellement), et l’ élaboration de modules innovants pour accroître la productivité de cette énergie. Un laboratoire pilote, appelé LapFab sera adossé à ce projet, et contribuera notamment à valider les résultats obtenus par les chercheurs de l’INES (qui préparent entre autres les générations suivantes de cellules solaires photovoltaïques en développant des cellules à très haut rendement (plus de 25%).

Plusieurs défis à relever pour le développement de la filière industrielle :

• la pénurie de silicium de qualité solaire limite les augmentations de capacité,
• Réduire les coûts de production (tels que les coûts de fabrication des composants, et notamment des cellules PV),
• améliorer et promouvoir des applications PV au bâti (des produits intégrés avec des fonctions multiples, comme l’étanchéité ou l’isolation thermique.

Sources : © actu-environnement.com | ADEME | Tenerrdis

Le marché du silicium

Définition

Le silicium n'est pas un élément rare : c’est en effet le principal élément chimique constitutif des roches et de certains types de sables. Le silicium est l’élément le plus abondant sur Terre après l’oxygène. Matériau semi-conducteur, il est le constituant essentiel des puces électroniques
En revanche, le silicium raffiné, celui employé dans la composition des cellules photovoltaïques, lui est rare.

Le silicium, qui compose la majorité des systèmes photovoltaïques, est un matériau remarquable qui permet de convertir les ondes lumineuses qui entrent en contact avec lui en courant électrique : c’est l’effet « photovoltaïque ».

Le processus de raffinement du silicium est très cher mais aussi très long !
Pour fabriquer du silicium très pur, adapté aux cellules photovoltaïques, de nombreux traitements sont nécessaires. Le silicium purifié est coulé en barres mesurant deux mètres de long et 30 centimètres de diamètre. Ces barres sont ensuite coupées en tranches épaisses d'un demi millimètre, à la base de la fabrication de modules photovoltaïques.

L’état du marché du silicium (prix, production…), selon son abondance ou sa pénurie est donc déterminant dans la croissance du marché du photovoltaïque ainsi que dans les prix des matériaux (d’autant qu’aujourd’hui, 92% des panneaux solaires contiennent du silicium).
Or la production de silicium pour l’industrie solaire ne progresse pas aussi vite que la demande, les fabricants ont donc du mal à y répondre. En effet, depuis 1995, la production de cellules solaires augmente de 35% chaque année.

La sécurité des approvisionnements

Afin de répondre à la demande croissante du marché français pour le photovoltaïque, nombreuses sont les entreprises françaises qui s’approvisionnent en modules photovoltaïques à l’étranger, notamment au Canada et aux États-unis.

Du rayon solaire à votre ampoule basse consommation

Qu'est-ce qu'un panneau solaire photovoltaïque ?

Un panneau solaire est un dispositif destiné à récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en une forme d’énergie (électrique ou thermique) utilisable par l'homme. Un œil averti saura reconnaître un capteur solaire thermique (d’un noir mat), qui convertit la lumière en chaleur, d’un module photovoltaïque (aux reflets bleu chatoyants ou gris foncé selon la technologie utilisée) qui convertit pour sa part la lumière en électricité.

Les cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaïques sont des carrés de 15 centimètres de côté et d’un tiers de millimètre d’épaisseur, formés de plusieurs couches de silicium superposées, dont la composition chimique est différente. Plusieurs cellules sont raccordées entre elles afin de former un module photovoltaïque, appelé aussi panneau solaire.
Cette conversion est encore peu performante puisque son rendement ne dépasse pas les 15 à 18% (ce rendement correspond au ratio énergie électrique produite / énergie lumineuse reçue).
Néanmoins, les chercheurs travaillent actuellement sur différents prototypes qui permettraient d’accroître le rendement des cellules photovoltaïques à 20% avant 5 ans (en laboratoire, le rendement atteint déjà les 30%, ce qui est encourageant).

Nota : il existe trois grands types de cellules photovoltaïques, en fonction du silicium qui la composent :

• le silicium monocristallin. Il s’agit du silicium le plus pur et qui obtient les meilleurs rendements de transformation de l’énergie lumineuse en courant électrique (18%),
• le silicium polycristallin. Il s’agit de lingots constitués par des résidus fondus de silicium monocristallin, dont le rendement peut atteindre les 16%,

ces deux catégories représentent à elles seules 80% du marché !

• le silicium amorphe. Il obtient le niveau de rendement le plus faible (aux alentours de 8%) et est employé pour des usages peu gourmands en énergie (les calculettes, luminaires de jardin…).

Quand elle reçoit de la lumière, la cellule photovoltaïque la transforme en petit courant électrique d’environ 5 à 7 ampères. Le courant délivré est un courant continu ; or, nos appareils domestiques sont majoritairement conçus pour recevoir du courant alternatif. L’équipement photovoltaïque doit donc être relié à un onduleur qui sera chargé de transformer le courant continu délivré par les cellules photovoltaïques en courant alternatif dont les caractéristiques sont identiques à celles de l’électricité du réseau (soit une tension de 230 volts et une fréquence de 50 hertz).

Les modules photovoltaïques

Les modules photovoltaïques ont une durée de vie de 20 à 30 ans. Ils sont garantis par les fabricants (jusqu’à 20 ans pour certains) et sont insérés dans un cadre étanche résistant aux intempéries, intégrable à la plupart des architectures. Ils sont généralement mis en toiture mais on les trouve également de plus en plus souvent en façade, en protections solaires, en verrières …

Aujourd’hui, il existe des modules souples (en rouleaux), qui sont intégrés à des revêtements d’étanchéité destinés à recouvrir les toitures-terrasses. Ces modules en rouleaux s’installent sur des constructions neuves, et viennent remplacer les revêtements d’étanchéité traditionnels.
Ceci dit, leur productivité d’énergie par unité de surface installée est 2 fois moins élevée que celle des panneaux rigides traditionnels.

Le principe de fonctionnement

Le process décrit ci-dessous concerne aussi bien les installations à l’échelle industrielle qu’une installation chez le particulier.

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1. Les rayons du soleil qui entrent en contact avec le panneau solaire sont transformés en courant électrique continu par les cellules photovoltaïques contenues dans le module.
2. Le courant transmis passe par un onduleur dont le rôle est de convertir le courant continu en courant alternatif.
3. Un compteur électrique est branché à la sortie de l’onduleur afin de déterminer la production des panneaux solaires et d’établir la facturation de vente de l’électricité produite via le réseau.

Conseils

Ce n’est pas parce que vous produisez votre propre électricité qu’il faut la gaspiller :

• privilégiez donc les appareils économes en énergie (lampe à basse consommation, réfrigérateur performant..),
• Pensez à vérifier l’étiquette énergie de votre électroménager et privilégiez les produits bénéficiant d’un « éco label » européen. Ce label est décerné aux produits de haute qualité "plus verts" et plus respectueux de l’environnement !

2 alternatives à l'électricité que vous produisez

Exemple en France d’une installation de 20m2 de panneaux solaires (3KWc)
2 options s’offrent à vous :

• soit consommer sur place l’électricité produite, et revendre le surplus à EDF :

* La production dépend du nombre d’heures d’ensoleillement :
on considère que dans le Nord, les capteurs vont fonctionner à pleine puissance pendant 950h et 1.150h dans le Sud. IL faut donc multiplier 3KWc par 950h pour le Nord et par 1.150h pour le Sud.

• Soit revendre l'intégralité de l'électricité produite à EDF (une option financièrement très intéressante) :

* Sachant qu'une maison consomme en moyenne 3.000 kWh/an (hors chauffage, eau chaude, et cuisson), l'électricité provenant des panneaux solaires couvre les 2/3 de votre consommation.

La pose des capteurs photovoltaïques

La production d’électricité de votre module photovoltaïque dépend de plusieurs éléments :

• la surface des panneaux,
• l’ensoleillement,
• l’inclinaison,
• et l’orientation de votre installation.

Si votre toit est incliné entre 20° et 60° et orienté vers le sud, il constituera l’emplacement idéal pour vos capteurs photovoltaïques (si vous êtes orienté sud-ouest ou sud-est, il est encore possible d’y intégrer vos modules). Pensez néanmoins à isoler vos capteurs d’éventuelles zones d’ombre qui pourraient nuire à l’efficacité de vos panneaux (et ce en toute saison de l’année).

Si à l’inverse la configuration de votre toit n’est pas satisfaisante, vous pouvez également placer vos capteurs en façade ou bien dans votre jardin afin d’obtenir une orientation et une inclinaison optimale (dont dépend l’efficacité de votre installation).

Productivité annuelle suivant l'inclinaison et l'orientation des modules : 

source : © outilssolaires.com

Pour ce qui est de l’intégration architecturale, trois grandes options s’offrent à vous pour l’implantation des modules photovoltaïques :

installation surimposée à une construction existante (simplement posé) : ils ne font alors pas partie de l’enveloppe du bâtiment. Il s’agit de modules fixés sur une toiture inclinée ou posés sur des châssis sur une toiture-terrasse,	cliquez pour agrandir
modules utilisés comme matériaux de construction (intégré au bâti) : ils font partie intégrante de l’enveloppe de la maison et deviennent éléments de toiture ou de verrière, murs ou panneaux extérieurs d’un vitrage isolant, bardage,…. Ils assurent alors une fonction de clos et de couvert et assurent également la fonction d'étanchéité. Ils peuvent aussi se substituer à d’autres éléments de construction : brises-soleil ou gardes-corps de balcon.	cliquez pour agrandir
modules utilisés comme matériaux de construction avec intégration simplifiés au bâti : là encore, ils assurent  une fonction de clos et de couvert et d'étanchéité, mais la puissance installée de vos modules est supérieure à 3kWc.	cliquez pour agrandir

L'intégration architecturale d’un générateur photovoltaïque au bâti conçu est parfaite puisqu’il ne se surimpose pas à une construction existante, mais en est partie prenante. C’est votre bâtiment qui devient producteur d’électricité.

Le dimensionnement de vos panneaux

Voici un tableau indicatif du dimensionnement de vos modules photovoltaïques :

source : © 25 moyens d'économiser son argent et son environnement (Paul de Haut)

Le photovoltaïque raccordé au réseau

Si votre logement est raccordé au réseau électrique, le système photovoltaïque est l’énergie renouvelable la plus facile à exploiter pour réaliser des économies d’électricité! En effet, il ne nécessite aucune maintenance puisque l’injection de l’électricité produite par vos panneaux solaires est automatique.
Le fonctionnement de vos panneaux est simple : les rayons du soleil se transforment en électricité grâce à vos panneaux solaires installés, soit en toiture, soit en terrasse, en garde-corps de fenêtres…

Lorsque le soleil brille, les panneaux produisent de l’électricité qui peut :

• soit être intégralement consommée par vos appareils électriques,
• soit être partiellement consommée puis vendue à EDF (ou à votre régie d’électricité),
• soit être entièrement revendue à EDF.

source : © Ademe

Le photovoltaïque en site isolé

Si vous ne pouvez pas être raccordé au réseau électrique, vous pouvez tout de même avoir accès à l’électricité grâce à l’énergie photovoltaïque. Mais contrairement à l’électrification raccordée au réseau, l’inclinaison des modules photovoltaïques doit être de préférence à 45° à l’horizontale (plus forte inclinaison qu’en raccord au réseau).
Il est également préférable d’installer un parc de batteries d’accumulation pour stocker l’énergie produite: ainsi, l’électricité produite le jour peut servir la nuit ou les jours de mauvais temps.

L’installation électrique du site peut être réalisée :

• en courant continu : le plus souvent pour l’utilisation d’appareils économes en énergie (ce sont des appareils spécifiques),
• en courant alternatif : les appareils électriques classiques peuvent alors être utilisés, mais la mise en place d’un onduleur est nécessaire pour transformer le courant continu produit par les panneaux photovoltaïques en courant alternatif.

Infos : Pour mettre en place vos panneaux solaires, votre mairie doit vous accorder l’autorisation d’électrifier le site. Renseignez-vous au préalable de la faisabilité du projet ! 

Vous pouvez bénéficier d’aides financières de la part de l’ADEME, de votre région, de votre département ou de votre commune pour la mise en place de votre module photovoltaïque mais certaines conditions sont imposées :

• il doit s’agir d’une installation réalisée :
  • dans votre résidence principale,
  • dans un bâtiment à usage professionnel,
  • dans un bâtiment à vocation touristique.
• le coût de l’électrification par énergie photovoltaïque doit être inférieur à celui du raccordement au réseau : vous devez donc demander un devis de raccordement à EDF.

Le photovoltaïque chez soi : aspects réglementaires et financiers

Démarches administratives

Attention ! certaines contraintes administratives (parfois très longues) doivent être respectées :

• vous devez déclarer votre système à la mairie avant sa mise en service : il s’agit en général d’une déclaration préalable si votre logement est existant et d'un permis de construire si votre logement est en construction > environ 2 mois,
• nous vous conseillons d’entamer simultanément les différentes demandes de subvention auxquelles vous pouvez prétendre à savoir :
  • les aides de la région | du département | du Conseil Général,
  • les aides de l’ADEME

Pour vous aider dans cette procédure administrative complexe, nous avons mis en ligne un tableau récapitulatif des démarches à suivre : consultez notre tableau (.pdf)

La réglementation applicable en site raccordé

L'article 10 de la loi n°2000-108 du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public de l'électricité prévoit que diverses installations puissent bénéficier de l'obligation d'achat, par EDF ou les distributeurs non nationalisés, de l'électricité qu'elles produisent, comme par exemple une installation photovoltaïque.
Afin de pouvoir vendre l’électricité produite, la puissance de l’installation ne doit pas dépasser les 12 MW par site de production (décret n°2000-1196 du 6 décembre 2000).

Différents arrêtés ont été pris afin de modifier les conditions d’achat de l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables ; il s’agit notamment de l'arrêté du 12 janvier 2010. Depuis la publication de cet arrêté, 3 tarifs coexistent :

• le tarif de base pour les installations en surimposition (et les centrales au sol) : 0.314€ / kWh
  
• la prime d'intégration simplifiée au bâti : 0.42€ : kWh
• la prime d'intégration au bâti : 0.58€ / kWh
  

Dans le cas d’une installation en site raccordé :

• un contrat de raccordement est à renvoyer à EDF (pour lequel vous règlerez des charges annuelles d’accès au réseau en échange de la mise à disposition du réseau),
• un contrat d’obligation d’achat afin de pouvoir vendre l’électricité produite par votre installation est à renvoyer à l’Agence Administration des Obligations d’Achat).

Après avoir signé le contrat de raccordement au réseau ainsi que le contrat d’achat, vous pourrez effectuer le raccordement et profiter de votre installation !

sources : Hepsul| Solar Access

Site raccordé - Vente de l’électricité produite

Les tarifs en vigueur en France sont très avantageux et contribuent grandement à l’essor de la filière :

Pour bénéficier du tarif intégré au bâti -le plus avantageux - à hauteur de 58c€ / kWh, l'équipement solaire photovoltaïque doit :

• être installé dans le plan de la toiture
  
• remplacer les éléments du bâtiment qui assurent le clos et le couvert
• et assurer la fonction d'étanchéité

Dans le cas d’une installation en site isolé

> Pour mettre en place des panneaux solaires, votre mairie doit vous accorder l’autorisation d’électrifier le site. Renseignez-vous donc au préalable sur la faisabilité du projet.

Les aides au financement des sites raccordés et isolés

Selon l’ADEME, en 2005, le coût d’un générateur photovoltaïque (pour une puissance de 1kWc, c’est à dire 10m² de capteurs) est d’environ 7.200 € TTC (hors subventions et pose).

Vous pouvez bénéficiez d’avantages fiscaux :

• crédit d’impôt de 50% pour l’achat du matériel (subventions déduites, hors pose) si les travaux ont lieu dans votre résidence principale. La facture de l’entreprise qui fournit le matériel et exécute la pose doit faire clairement ressortir le coût des fournitures. Il s'applique à toute installation inférieure ou égale à 3 kW. Pour les installations de plus de 3 kW, des conditions particulières existent ;
• TVA à 5,5% pour l’achat du matériel et son installation si le logement pour lequel sont effectués les travaux est achevé depuis plus de deux ans ;
• L’ADEME et certaines collectivités territoriales peuvent aussi aider financièrement votre projet.

Ci-joint, un lien vers le site d‘ENERPLAN  récapitulant les aides par région et département.

En site isolé

Pour financer votre projet, les aides accordées dépendent de l’implantation rurale ou urbaine de l’installation. Elles sont accordées :

• par EDF (via le programme d’électrification national FACE ou non),
• éventuellement par l’ADEME et/ou de la commune et/ou du conseil régional et/ou général,
• grâce au dispositif national du crédit d’impôt pour la résidence principale des particuliers,
• Néanmoins, un minimum de 5% de l’assiette finançable reste à votre charge.

Après financement, le système photovoltaïque est concédé à EDF qui en assure l’entretien et l’exploitation, et passe avec vous un contrat qui stipule les conditions de fourniture de l’électricité (vente totale ou du surplus de l’électricité produite).

Chiffres-clé de l’installation de panneaux PV chez soi

Investissement initial, aides financières, retour sur investissement, usages… voici un tableau récapitulatif qui met en lumière les données les plus importantes :

> Ici, une installation de 20m² de panneaux solaires (puissance de 3KWc) <

(1) Coûts pour une installation en site raccordé ; le coût étant plus important en site isolé.
(2) Crédit d’impôt de 50% sur le matériel; les panneaux solaires représentent 60% de la facture, l’onduleur 15% et la main d’œuvre 25% (pour une installation reliée au réseau). Le crédit d’impôt sera donc calculé sur une assiette de 75% de la facture, soit 15.000€. Le crédit d’impôt s ’élève donc à 7.500€.
(3) Dans le Nord, les aides s’élèvent à 1€/Wc, soit 3.000€ dans notre cas. Les Alpes Maritimes subventionnent quant à elles 300€ pour la main d'oeuvre. Renseignez-vous également auprès de l’ADEME et du FACE qui octroient eux aussi des subventions.
(4) La production dépend du nombre d’heures d’ensoleillement. Ce nombre d’heures équivalent pleine puissance augmente du Nord (~950h) au Sud (~1150h) de la France : soit au nord : 950h * 3kWc et au Sud = 1150h * 3kWc

 (5) Durée d'amortissement = Investissement réel / revenu annuel
(6) Sachant qu'une maison consomme en moyenne 3.000 KWh/an (hors chauffage, eau chaude, et cuisson), l'électricité provenant des panneaux solaires couvre les 2/3 de votre consommation.

Pour mieux comprendre

Voici un tableau vous permettant de mieux visualiser le potentiel du crédit d'impôts.
(exemple choisi : un couple sans enfant réalisant des travaux de rénovation)

Comment réaliser encore plus d’économies d’énergie chez soi ?

En combinant vos panneaux solaires photovoltaïques avec une autre énergie renouvelable !
A) Pour alimenter votre logement en électricité verte, vous pouvez bénéficier de deux sources renouvelables pour produire votre électricité en combinant votre installation photovoltaïque avec :

• une petite éolienne
• une petite centrale hydraulique

B) Pour chauffer votre logement et l’alimenter en électricité verte, vous pouvez tout à fait vous chauffer avec une pompe à chaleur ou au bois-énergie tout en produisant votre électricité verte !
De plus, concernant le chauffage solaire, il existe depuis peu des panneaux solaires permettant de combiner les avantages de l’énergie photovoltaïque avec les avantages du chauffage solaire.
Mais ces systèmes sont encore peu développés en France et relativement chers.