Le photovoltaïque pour les nuls [ partie 1 ]

La France s’est donnée pour objectif de porter la part d’énergie renouvelable à 23% de la consommation finale d’énergie d’ici 2020 (+20 Mtep par rapport à 2005), et à plus long terme (2050), de diviser par 4 ses émissions de gaz à effet de serre.

Si la filière éolienne apparaît aujourd’hui comme la plus mature, le solaire photovoltaïque (PV) représente une composante indispensable pour atteindre ces objectifs.

La contribution initialement attendue du photovoltaïque était de 0,5 Mtep, soit une puissance nominale installée de 5 400 MW [1], en 2020. Cet objectif devrait toutefois être dépassé. Les efforts actuels d’innovation visent à baisser les coûts, et à structurer la filière industrielle en France afin d’en faire une technologie mature et incontournable au-delà de 2020.

Définition ou description

L’énergie solaire photovoltaïque permet la production directe d’électricité. Elle est à distinguer de l’énergie solaire thermique, visant à produire de la chaleur pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage. Elle se distingue également des centrales solaires thermodynamiques, qui emploient des miroirs pour chauffer des fluides alimentant un générateur électrique.

L’effet photovoltaïque produit dans les cellules solaires photovoltaïques permet de convertir l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité. Sous l’effet de la lumière, le matériau semi-conducteur composant la cellule génère des charges électriques qui se déplacent et créent un courant circulant d’une cellule à l’autre via des rubans métalliques. Les cellules photovoltaïques sont assemblées pour former des modules qui peuvent eux-mêmes être interconnectés pour former un « champ photovoltaïque ».

Ce champ photovoltaïque produit un courant continu (DC) qui peut dans certains cas être transformé par un onduleur en courant alternatif (AC). Le semi-conducteur le plus communément utilisé est le Silicium, deuxième matériau le plus abondant sur Terre [2].

On distingue plusieurs technologies de cellules selon les procédés de fabrication utilisés : les cellules en Silicium cristallin (monocristallin ou multicristallin) et les cellules en couches minces, à base de Silicium amorphe, de Tellurure de Cadmium (CdTe) ou de Diséléniure de Cuivre, d’Indium et éventuellement de Gallium (CIS ou CIGS). Une autre technologie de cellules, basée sur l’utilisation de matériaux organiques, se situe encore au stade de la R&D.

Les rendements de conversion photovoltaïque [3] des modules commerciaux sont compris entre 7 et 12% pour les « couches minces », 13 et 20% pour les technologies Silicium, et de l’ordre de 30% pour les technologies à haute concentration [4], faisant l’objet d’opérations de démonstration préindustrielle. L’effet photovoltaïque peut être utilisé pour diverses applications, qui se distinguent notamment par leur raccordement ou non au réseau électrique.

Les systèmes raccordés injectent sur le réseau une partie non utilisée ou la totalité de leur production électrique. Ces systèmes peuvent être posés en toiture de maisons privées. On trouve aussi des systèmes de taille plus grande, posés sur de grandes toitures (centaines de kW) ou au sol (de l’ordre du MW ou de la dizaine de MW, représentant une surface au sol de 2 à 3 ha pour 1 MW) [5].

Les systèmes autonomes ne sont pas connectés au réseau. En France, ils contribuent notamment à l’électrification de sites dits « isolés » car éloignés du réseau, comme par exemple les refuges et les bergeries, ou encore des postes de télécommunication en zones montagneuses.

Dans certaines régions du monde, principalement rurales, les systèmes autonomes pallient un réseau électrique parfois peu développé.

Chiffres clés

La production d’électricité photovoltaïque connaît une croissance importante au niveau mondial depuis plusieurs années. En 2012 le marché annuel est évalué à 77,5 milliards de dollars [6], soutenant approximativement 900 000 emplois [7]. La puissance mondiale cumulée est supérieure à 100 GW [8], soit une production annuelle d’électricité de 120 TWh. Les prévisions d’installation annuelle du marché mondial, selon les scénarios de développement envisagées, vont de 27 à 47 GW (50-70 milliards d’euros d’investissement) en 2015 et de 59 à 135 GW (79-129 milliards d’euros d’investissement) en 2020 [9]. En Europe, près de 17GW ont été raccordés au réseau en 2012, pour une puissance cumulée de l’ordre de 69 GW [10]. Le PV produit plus de 2,5% de la demande en électricité en Europe.

En France, le marché du PV a représenté 3 milliards d’euros d’investissements en 2011 pour une production de 2 TWh et un total de 18 800 emplois [11]. Fin décembre 2012, le parc photovoltaïque français connecté au réseau est estimé à 4 GW environ [12], contre 2,9 GW fin décembre 2011. En Allemagne, il est de plus de 32 GW.

Notes :

1 – Couramment appelée « puissance crête », la puissance nominale correspond à la valeur de la puissance maximale du dispositif
photovoltaïque mesurée aux conditions normales d’essai (STC).
2 – Les difficultés d’approvisionnement en silicium relayées par la presse pendant la période 2004-2007 étaient liées à une production insuffisante et conjoncturelle de silicium purifié (nécessaire aux industries des semiconducteurs et au photovoltaïque) et non à un problème d’épuisement de cette ressource minérale.
3 – rapport de la puissance électrique maximale de sortie à la puissance lumineuse incidente mesurée dans les conditions normales d’essai (STC).
4 – Le principe est alors de concentrer la lumière à l’aide de dispositifs optiques en amont de la cellule photovoltaïque.
5 – La plus grande centrale au sol française début 2013 est la centrale de Toul-Rosières, de 115 MW pour une surface au sol de 367 ha.
6 – Estimation du cabinet américain IHS
7 – D’après EPIA, 30 emploi équivalent temps plein sont créés par MW (emplois directs et indirects)
8 – Market Report 2012, EPIA
9 – Source : Solar 6 generation, EPIA
10 – EPIA : Market Report 2012
11 – rapport éolien et photovoltaïque du Ministère du Redressement productif et du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie, Sept 2012
12 – Sources : SOeS (tableau de bord éolien et photovoltaïque)

[ Src – AVIS de l’ADEME ]

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De passage

on n’y parle que d’aspects positifs. Pas un mot sur les coûts au KW qui resteront élevés du fait de la dilution du flux solaire par m²: même au cas où la cellule serait à coût insignifiant, il y aura toujours beaucoup de kilogrammes d’autres matières chères comme le verre de protection contre la grêle, l’érosion du sable en Afrique, les montants et supports d’acier, sans compter les cables et onduleurs dont la part des coûts peut devenir marginale dans les grandes installations. Mais le pire est que cela ne donne du courant que quelques heures par jour. Alors que tout est fait pour réduire l’appel de courant sur le réseau, les pics incompressibles dur soir vont devenir majoritaires dans 20ans et il n’y aura pas de PV pour les satisfaire. Quand au stockage d’électricité en batteries restant à inventer, un calcul simple montre que ce n’est impossible à faire vu nos consommations personnelles énormes d’électricité (il faudrait 1 tonne de lithium par habitant…). Ah, si nous vivions au Bengla-Desh, alors oui cela serait réalisable, mais est-ce souhaitable? Mais nos dirigeants et corps de l’Etat sont tous des affairistes, des carrièristes qui se moquent de l’avenir du pays: pas nouveau, cela fait 32 ans que ça dure.

Ouapdouaouap

Quand on veut tuer son chien on dit…. vous connaissez manifestement bien la suite car vous pratiquer parfaitement ce vieil adage. Plus sérieusement, vos arguments sont pour le moins éculés et depuis longtemps maintenantn, même les plus incompétents détracteurs du PV hésitent à les utiliser. Essayez plutot de vous projeter dans 10 ou 20 ans, avec des besoins d’énergie mal maitrisés par les pouvoirs publics (qui avaient de l’électricité electro-nucléaire à vendre !), pendant que nos amis allemands, en plus d’imaginer un mix d’énergie renouvelables, sont actuellement en train d’occuper le terrain pour stocker l’électricité ! Bref dans 20 ans, tout particulier pourra produire, stocker et utiliser au moment qu’il le souhaitera, l’électricité d’origine renouvelable. Alors manifestement vos commentaires sont ceux des retraités de FRAMATOME et pas d’un érutidt des ENR….

fredo

il serait interessant de connaître l’auteur de cette brève. Est-ce bien la rédaction d’Enerzine ?

Temb

Vous raisonnez comme si le PV devait assurer 100% de notre consommation d’énergie alors qu’on lui demande d’assurer à peine 10 à 30% de notre consommation d’électricité. En Allemagne c’est aujourd’hui 5% de leur conso d’électricité avec une ressource très faible et un réseau électrique de piètre qualité. En France on pourrait aujourd’hui, pour 3 à 4 fois moins cher que le programme allemand, faire très facilement le double. Contrairement à d’autres technologies, le solaire est en plus déployable très rapidement.

Luis

¤ Les tarifs d’achat sont une bonne indication sur les coûts d’une énergie renouvelable. Si les valeurs sont approchées et globales pour un pays, elles sont disponibles de façon plus aisée et rapide que les études LCOE (coût actualisé de l’énergie). Ainsi, à ce jour et en Allemagne, le tarif d’achat de l’électricité se situe entre 15,63 cts€/kWh et 10,82 cts€/kWh selon la taille de l’installation (nouvelle). D’ici un à deux mois le tarif d’achat pour une installation nouvelle de 1 à 10 MWc sera inférieur au coût futur de l’électricité nucléaire EPR. Ce sera chose faite pour les plus petits systèmes, moins de 10 kWc, avant la fin de l’année 2016, lorsque l’EPR entrera peut-être en service.

jpdebangui

Soit 3000 à 5000 ha pour un réacteur de 1500 MW… Cela laisse rèveur non ?

jpdebangui

Donc, un carré de 5 à 7 km de coté. 58 unités transformés en pv auraient une emprise de plus de 400 x 400 km² Alors, le PV, solution à tout ? Il n’y a pas que le prix qui compte !

raymond9

Un instalateur de panneau solaire sort de chez moi il viens de me proposer une instal pour 22 00 euros pour 6 kw crète avec une garantie de panneau et onduleur sur 25 ans pour revendre à edf un bon prix, belle niche fiscale! Mes 3 kw déjà installé il y a 2ans produisent en provence 4500 kwh/an soit 112500 kwh sur 25 ans. Sur 25 ans avec 6kw crète je vais produire environ 225 000kwh soit un prix du kwh de : 22 000/225000= 0,097 euros ou 9,7 centimes d’euros le kwh. Il s’agit de cout de production pas de prix de rachat donc le prix du solaire est bien moins cher que le prix du réseau qui est il me semble aujourd’ui à environ 13 cents le kwh. Pour ce qui est de certains intervenants ils ne connaissent pas les step quii permettent largement de régler le problème de l’intermitence

raymond9

S’il sont garanti 25 ans c’est qu’il vont probablement durer plus longtemps donc encore moins cher. Cela serai également beaucoup moins cher si mes panneau était était posé sur la toiure et non pas intégré

Catalan

La France ne tiens jamais ses engagements ! alors 23% d’énergie renouvelables avant 2020, c’est un gros mensonge electoraliste !

Dan1

A raymond9. “Pour ce qui est de certains intervenants ils ne connaissent pas les step quii permettent largement de régler le problème de l’intermitence” Afin que nous puissions juger de votre degré de connaissance de la problématique des STEP, pourriez-vous nous faire une petite démontration chiffrée et argumentée avec les STEP existantes ou celles qu’il faudrait construire. Pour mémoire, le problème à résoudre est de produire ou produire et stocker puis déstocker, quand on en a besoin, environ 500 millliards de kWh par an avec des pics de consommation à 2 milliards de kWh par jour en hiver (moyenne = 1,5 milliard de kWh). Dans l’énergie tout est affaire d’ordre de grandeur et les solutions pour 1 milliard de kWh par an n’ont rien à voir avec les solutions pour 500 milliards de kWh.

raymond9

François Lempérière, expert hydraulicien: . réservoir de 2 kilomètres-carrés x 20 mètres (= 40 millions de mètres-cubes d’eau douce), perché à 100 mètres, c’est une énergie potentielle de 10 GWh. Perché à 920 mètres, c’est 92 GWh. La STEP de Grand’Maison, ce sont 132 millions de mètres-cubes d’eau douce perché à 920 mètres, ce qui correspond à 303,6 GWh = 0,3 TWh = équivalent à 0,05% de la production électrique totale annuelle française (550 TWh en 2010) = équivalent à 0,05% x 365 jours = 0,18 jours = 4 heures et demi. EDIT: Mais, le volume du bassin inférieur (lac de Verney: 15 millions de m³ d’eau) est environ 9 fois plus faible: sur un cycle complet, on obtient donc une valeur plus faible. La puissance installée à Grand’Maison est d’1,5 GW en pompage contre 1,8 GW en turbinage (2 groupes ne sont pas réversibles), mais il est possible (possible ne veut pas forcément dire pertinent, notamment au niveau de la gestion des flux sur le réseau…il s’agit ici d’un calcul théorique s’inscrivant dans la continuité de l’article sus-mentionné) de remplacer les turbines actuelles par des turbines beaucoup plus puissantes, ceci sans augmenter le volume des bassins (et donc sans augmenter la surface des bassins). En prenant en compte l’ensemble des STEP françaises (5000 MW), et non seulement Grand’Maison (1800 MW), on passe de 4H30 à un réservoir d’environ 13 heures, c’est à dire une demi-journée. Et si on ajoute les réservoirs des lacs de barrage, c’est encore bien plus. Sans parler des éclusées. Désolé pour le copier collé mais il y a évidement de meilleur technicien que moi, il est évident que le nucléaire à également besoin des steps. Il faudrait peut-être en construire d’autres ou en aménager d’autres mais c’est tout à fait jouable. Lorsque je dis 13 cts le kwh je parle du prix pour le particulier je suppose que si j’installe du photovoltaïque sur mon toit mon élec n’a pas besoin de tous le réseau pour être consommé mais peut l’être en local.

Temb

Petite précision, la CSPE ce n’est pas “La CSPE est cette taxe qui paie la différence entre le prix de revient et le prix de rachat des énergies écologiques.” Mais la taxe qui compense la différence entre les tarifs d’achat des ENR pour 60% et pour 40% la péréquation tarifaire (qui permet aux DOM-Tom de payer leur électricité à base de fioul au même prix que nous), les dispositions sociales, et la cogénération pour 25% environ. @Dan1 vous savez très bien qu’on ne va pas faire 100% de notre électricité avec du solaire PV. Là ou raymond9 a raison c’est qu’avec les capacités PV prévues (5400MW) et même en multipliant par 5, les STEP répondent au faux problème de l’intermitence. Au-delà par contre il y a problème, et 100% de PV pour notre production cela aboutirait à remplir nos vallées de STEP… Pas sur que ça plairait à grand monde.

Luis

¤ Le stockage de l’électricité solaire est maintenant encouragé en Allemagne, d’abord pour les installations ne dépassant pas 30 kWc (maisons, immeubles, petites entreprises). Cela permettra, lorsque le dispositif aura pris de l’ampleur, de reporter l’usage d’une partie de la production, d’augmenter ainsi l’autoconsommation. Cela permettra aussi de réduire les injections sur le réseau lors des fortes productions d’électricité solaire, limitant les besoins de renforcement du réseau de distribution. De façon indirecte, cela aura aussi pour conséquence de limiter la baisse des prix sur les marchés de gros. D’où une réduction du différentiel avec les tarifs d’achat et donc de la contribution EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz), sorte de CSPE.

Sicetaitsimple

i ha, c’est 10000m2, soit un carré de 100mx100m….. 150mx150m environ pour 1MWc.

Sicetaitsimple

Allez y, c’est une affaire (vos 6kW à 22000€)! Pour les STEP, ne vous en faites pas, On reconnait là le coté taquin de Dan1 ( welcome back!)…. Yaka faire du Lempérière marin un peu partout et le problème est réglé. L’ennui c’est les “écolos”, de base ou des ministères. Parce que souvent une facade marine avec des dénivelés importants ( des falaises, quoi), c’est classé loi littoral au mieux et Natura2000 au pire, on n’est pas aidé, comme d’ailleurs Bruno Lalouette le faisait remarquer ce jour même sur un autre fil relatif à la mini-hydro.

raymond9

à raymond9 Allez y, c’est une affaire (vos 6kW à 22000€)! Pas une affaire c’est le prix du marché il y a simplement une baisse régulière du photovoltaïque et ce n’est certainement pas fini. pour revenir a l’intermitence et au stockage ne pas oublier que les éoliennes fonctionnent aussi la nuit et que le méthane se stocke très bien et quand cela coince vraiment reste le gaz, le pétrole et le charbon…tous sauf un fukushima français quoi.

Sicetaitsimple

Je vous laisse juge… Mais les éoliennes fonctionnent effectivement la nuit et le méthane se stocke bien. So what?.

Enpassant

Pendant que nos gentils retraités de Framatome démontent point par point les avantages supposés du photovoltaïque pour ne lui trouver que des inconvénients (avec cette pointe de condescendance qui sied si bien à des ingénieurs atomiques), nos amis allemands travaillent à transformer l’énergie éolienne en hydrogène mais aussi a imaginer les futurs stockages à grande échelle de l’énergie électrique… Comme cela, il pourront nous vendre encore plus d’électricité malgré nos remarquables “bouilloires atomiques” qui produisent -théoriquement- et de manière sure, des kWh par chers…. Ha, ha, ha.

Luis

¤ Un ménage moyen consomme 2.750 kWh par an d’électricité spécifique (hors chauffage, eau chaude sanitaire et cuisson). Tous usages, c’est 5.520 kWh par an en moyenne par foyer. Cela représente 154,4 TWh par an pour le secteur résidentiel, corrigé des variations saisonnières. Une famille de la région lyonnaise, où la production PV est de 1.050 kWh/kWc en moyenne annuelle, pourrait produire 5.600 kWh d’électricité avec 35 à 40 m2 de panneaux photovoltaïques. En s’équipant d’une batterie d’une capacité de 2,4 kWh (12V 200 Ah), cette famille pourrait autoconsommer environ 50 % de sa production annuelle. La différence serait échangée avec le réseau (vente ou achat) selon les heures et les jours. Avec 150 grammes de lithium maximum par kWh d’une batterie actuelle, le besoin en lithium serait de 360 grammes par foyer (160 grammes par habitant). Avec une tonne de lithium (comme cela a été dit par un ignorant), on pourrait équiper 2.800 familles (6.400 individus). La consommation du secteur résidentiel étant égale à 32% de la consommation totale, les données précédentes seraient multipliées par trois pour englober toute la consommation électrique du pays dans les mêmes conditions.

Sicetaitsimple

“La consommation du secteur résidentiel étant égale à 32% de la consommation totale, les données précédentes seraient multipliées par trois pour englober toute la consommation électrique du pays dans les mêmes conditions.” C’est-à-dire?

Lionel_fr

Du lithium à la maison, vous vivez dangereusement ! je me demande si je ne préfèrerais pas stocker de l’hydrogène. Economiquement, le lithium ne tient pas la route , il est cher, sa charge est tellement stricte qu’il faut lui ajouter des batteries “tampon” au nickel ou au plomb qui sont par ailleurs 2 à 3 fois moins chères. Cela dit le prix du Lithium baisse continuellement, on a parlé du flop des véhicules électriques, ceci expliquant cela mais on peut très bien penser que les bagnoles au lithium ne se vendront jamais très bien , notamment à cause de nouvelles technos plus conformes aux attentes des auto-drivers.. Désolé mais le PV ne baisse plus. Il a même tendance à remonter un peu, c’est assez sensible chez les allemands selon mes catalogues. Bon , on ne pouvait pas baisser éternellement de 10% par trimestre.. La baisse reprendra après consolidation-fusions-acquisitions sur ce marché que les chinois ont complètement chamboulé. Pour les batteries PV , par expérience, je vous conseille vraiment de mettre beaucoup de nickel ou de plomb “robustes” , puis, si vous en voulez encore et que vous manquez de place , vous prendrez du lithium. Mais en première intention , le lithium est un casse-tête plutôt dangereux, qui se dégrade assez vite et imposant des contraintes énormes à votre production , la charge doit être très constante si vous voulez durer plus de 18mois En fait , je ne trouve pas un seul avantage au lithium en résidentiel ou electronique embarquée fixe. Sauf peut être dans les immeubles sans cave et pas très solides..

lisa78

eh ben, non, ce n’est pas un article d’Enerzine … du tout, même … C’est un copié-collé pur et simple d’un avis de l’Ademe, très pédagogique, publié par ladite Ademe la semaine dernière … et Enerzine a (tenté de faire) fait passer ça sans le dire, comme si c’était sa propre prose, quelle éthique professionnelle !!! je leru ai signalé ça hier, et … Ils n’ont rajouté que tout en fin d’article : Src : Avis de l’Ademe

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