Tout ce que vous devriez savoir sur le photovoltaïque – 1

Dans un guide très complet de 27 questions-réponses à destination du grand public, des chercheurs et chercheuses du CNRS, de la Fédération de Recherche Photovoltaïque (FedPV), de l’Ecole Polytechnique et de l’ENSCP nous révèlent la place que le solaire photovoltaïque peut prendre dans le futur mix énergétique français. Stéphane Collin, chercheur au Centre de nanosciences et de nanotechnologies (CNRS/Université Paris-Saclay), et Jean-François Guillemoles, chercheur et directeur de l’UMR de l’Institut photovoltaïque d’Ile de France (CNRS/ENSCP/Ecole polytechnique) nous racontent la genèse de ce guide.

Où est en le photovoltaïque en France et dans le monde ?

Jean-François Guillemoles : L’énergie solaire photovoltaïque (PV) a progressé au cours des 10 dernières années à une vitesse fulgurante, que personne n’avait prédite : le prix des panneaux photovoltaïques a été divisé par 10, leur rendement est passé de 15% à 20% et leurs performances environnementales ont aussi été améliorées, et plus de la moitié des panneaux installés dans le monde l’ont été au cours des trois dernières années. Le rôle que le solaire photovoltaïque peut jouer dans la transition énergétique en est bouleversé. Malheureusement, ces changements rapides sont peu pris en compte dans les débats, trop souvent biaisés par des arguments approximatifs, basés sur des données anciennes, voire parfois erronés.

Stéphane Collin : Avec un petit groupe de chercheurs et chercheuses du CNRS et de la Fédération de Recherche Photovoltaïque (FedPV), nous avons formé un atelier pour travailler collectivement sur les questions posées par le développement du solaire photovoltaïque en France. Quelle est sa réalité ? Où en est-on ? Quels sont les objectifs de la programmation pluriannuelle de l’énergie pour 2028, et des scénarios de référence à l’échéance 2050? Sont-ils atteignables et selon quelles modalités ? Le photovoltaïque coûte-t-il cher ? Est-il polluant, émetteur de CO2, dépendant de matériaux rares ?…

Fiche 1 – QU’EST-CE QU’UN PANNEAU PHOTOVOLTAÏQUE (PV) ?

Un panneau (ou module) PV permet de transformer le rayonnement solaire en électricité. Il est principalement formé de cellules en silicium, protégées par du verre dans
un cadre en aluminium. Son rendement de conversion est de l'ordre de 20 %. Au soleil, une puissance nominale de 1 kW est obtenue avec une surface de 5 m2 , soit 3 panneaux.

Un panneau PV exploite une source d'énergie quasi-infinie (le soleil). Il peut être installé en toiture, en façade des bâtiments, au sol ou comme ombrière de parking. Il peut être connecté au réseau électrique public ou faire partie d'un système autonome.

En France, en 2021, les panneaux commerciaux sont généralement formés de silicium (96 % du marché mondial en 2021 [1]). Ils ont un rendement d'environ 20 %, avec une
puissance nominale de 350 W pour une surface de 1 m x 1.7 m.

Un panneau photovoltaïque contient des matériaux photosensibles (majoritairement des semiconducteurs) capables d'utiliser les photons du rayonnement solaire pour exciter des électrons qui alimentent des appareils électriques. Son rendement est défini par le rapport entre l'énergie électrique produite et l'énergie solaire reçue sous forme de lumière. Il peut donc varier en fonction de la technologie utilisée et de l'état du panneau. La technologie la plus répandue actuellement est à base de silicium, avec des rendements atteignant 24 % pour les modules records [2], et autour de 20 % pour des modules commerciaux bon marché. 

Cependant, plusieurs facteurs peuvent influencer le rendement d'un panneau PV comme le niveau d'ensoleillement, l'ombrage, la température extérieure, l'orientation et l'inclinaison du panneau, etc.

Comme l'énergie fournie par le soleil dépend entre autres des conditions météorologiques et de la position du soleil dans le ciel, la puissance fournie par un
panneau PV ne sera pas toujours égale à sa puissance nominale (plus de détails dans la fiche n°3).

Il est important de ne pas confondre un panneau solaire PV avec un panneau solaire thermique, qui permet de transférer l'énergie solaire à un fluide caloporteur sous forme de chaleur, pour ensuite être utilisée pour le chauffage de bâtiments, la production d'eau chaude sanitaire, ou encore dans divers procédés industriels.

1. Rapport IEA-PVPS Trends in Photovoltaic Applications 2021. https://ieapvps.org/trends_reports/trends-in-pv-applications-2021/
2. NREL Champion Photovoltaic Module Efficiency Chart. https://www.nrel.gov/pv/moduleefficiency.html

Un guide complet à destination du grand public, pourquoi ?

Le résultat de notre atelier est un guide complet de 27 questions-réponses, téléchargeable ou consultable en ligne, dont l’ambition est d’apporter des réponses simples et factuelles mais précises et documentées, en utilisant les données les plus récentes et en proposant plusieurs niveaux de lecture pour avoir une réponse courte, ou pour approfondir. Nous espérons que ce document sera utile au plus grand nombre et contribuera à éclairer le débat citoyen sur la transition énergétique en France et les choix qui s’imposent. Nous invitons les lecteurs à se rendre sur le site SolairePV pour consulter les mises à jour futures de ce document, et à nous adresser d’éventuelles remarques ou suggestions. Le but est que la place du photovoltaïque soit correctement perçue de tous et ses avancées comme ses limites correctement comprises

Justement, en parlant de limites, quelles sont-elles aujourd’hui et comment la recherche travaille-t-elle à les dépasser ?

Les objectifs des scénarios les plus ambitieux pour le développement du solaire PV peuvent être atteints avec les technologies actuelles, à un coût mesuré, en utilisant les surfaces déjà disponibles (toitures, parkings, friches,…) et sans artificialisation supplémentaire. Les recherches actuelles visent à faciliter le déploiement du solaire PV en limitant encore plus son coût et son impact environnemental, et en facilitant les usages (modules flexibles, esthétiques,…). Les axes de recherche portent par exemple sur l’augmentation de l’efficacité, la diminution de la quantité de matériaux utilisés, la conception d’architectures facilitant le recyclage des panneaux en fin de vie ou de nouvelles applications.