L'énergie Solaire Photovoltaïque

L'énergie solaire photovoltaïque : les filières, les marchés, les perspectives

1. Préambule sur l'énergie solaire photovoltaïque

L’énergie solaire est disponible partout sur terre. Notre planète reçoit 15 000 fois l’énergie consommée par l’humanité. Chaque mètre carré reçoit en moyenne 2 à 3 kWh par jour en Europe du Nord, 4 à 6 kWh par jour en région PACA et entre les tropiques. Les variations saisonnières été/hiver sont de l'ordre de 20 % entre les tropiques, mais sont d’un facteur x2,5 dans le nord de la France. L’exploitation de l'énergie solaire peut se faire grâce à la technologie photovoltaïque.

Un module photovoltaïque dit "panneau solaire" convertit entre 3 % et 30 % de l'énergie solaire qu'il reçoit en courant électrique continu. Les surfaces nécessaires à l'exploitation de l'énergie solaire sont abondantes puisque 5 % des déserts suffiraient pour alimenter la planète en énergie, mais la source (le soleil) n’est pas toujours disponible (nuit, nuages). Cette contrainte implique la possibilité de pouvoir stocker l'énergie ainsi transformée pour subvenir aux ruptures naturelles d'alimentation, maillon faible du système d'énergie solaire photovoltaïque, les systèmes actuels de stockage ne répondant pas à ce besoin.

Pour contrecarrer les problèmes de stockage, il est possible de raccorder toute installation solaire photovoltaïque eu réseau électrique général. La maison, immeuble ou toute construction diverse est alimentée par son toit équipé en panneaux solaires photovoltaïques, utilise l'énergie ainsi produite et vend son surplus de production d’énergie au réseau.

2. Historique du photovoltaïque

A partir de 1960, les premiers générateurs solaires photovoltaïques sont implantés sur les satellites, qui depuis utilisent quasiment exclusivement cette énergie. Les modules photovoltaïques spatiaux sont légers, à très haut rendement et résistent aux rayonnements spatiaux.

En 1970, les premières applications solaires photovoltaïques terrestres alimentent des émetteurs isolés. Cette application s’est progressivement généralisée. Près de 200 000 bouées, phares ou balises maritimes sont ainsi alimentés par un système solaire photovoltaïque, sans alimentation de secours (alors que toutes les autres solutions le nécessitent).

Début 1980, des maisons équipées en panneaux solaires photovoltaïques et des électrifications rurales sont réalisées. Ces électrifications se développent depuis 1990 et concernent en 2002 plus d’un million de maisons individuelles.

A partir de 1995, des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.

3. tarifs de rachat de l'électricité photovoltaïque par EDF pour 2010

Bâtiments bénéficiant de la prime d'intégration :

Le bâtiment doit être clos, couvert et étanche. La prime d'intégration ne concerne que les bâtiments d'habitation, de santé et d'enseignement (construits depuis plus de 2 ans)

Tarif en vigueur : 0.58 € / kWh

Bâtiments agricoles, bureaux, commerces, entrepôts :

• Si le bâtiment est ancien (> 2 ans) Tarif en vigueur : 0.50 € / kWh
• Si le bâtiment est récent (< 2 ans) Tarif en vigueur : 0.42 € / kWh

Bâtiments ne bénéficiant que d'une « intégration au bâti simplifiée »

(Intégration qui n'assure pas toutes les fonctions décrites ci-dessus)

Tarif en vigueur : 0.42 € / kWh

Panneaux solaires posés au sol, centrale solaire au sol :

• Pour les régions les plus ensoleillées Tarif en vigueur : 0.314 € / kWh
• Pour les régions les moins ensoleillées (nord de la France) Tarif en vigueur : 0.377 € / kWh

4. Filières relatives au système photovoltaïque

4.1 Tous types de constructions

Un générateur photovoltaïque est installé sur le toit et raccordé au réseau électrique. L'industriel ou le particulier vend son surplus d’énergie solaire généré par une installation photovoltaïque au réseau.

Les programmes subventionnés réalisés ont eu pour objet le développement des équipements solaires photovoltaïques pour faire atteindre un stade industriel à cette filière et faire baisser les coûts de production.

4.2 Électrifier la planète grâce à l'énergie solaire photovoltaïque

Le photovoltaïque autonome peut être compétitif, voire sans concurrence, même si le plus grand marché potentiel, le tiers-monde, est difficilement solvable. Électrifier les pays en développement apparaît de plus en plus comme une priorité peu coûteuse à l’échelle mondiale en utilisant des générateurs photovoltaïques.

5. Les marchés de l'électricité photovoltaïque

Si les programmes destinés à l’électrification d’un tiers de la planète demeurent lents à se mettre en place, des aides considérables sont mises en place pour favoriser la diffusion de toits photovoltaïques :

• des subventions à l’investissement pour une installation solaire photovoltaïque
• un prix de rachat du kWh solaire garanti
• un système de bourse d’électricité verte

Le Japon, les Pays Bas et l’Allemagne ont été les précurseurs depuis 1995/2000. L’Espagne, l’Italie, les USA et la France les rejoignent en 2002. .

La France a mis en place des incitations très intéressantes :

• prix de rachat élevé du kWh à 0,60176 €
• subventions sur les installations photovoltaïques intégrées au bâtiment de 4,6 € ou 6,1 € par watt crête, soit près des ¾ du coût
• 50 % de crédit d'impôt pour une installation photovoltaïque agréée

6. Positionnement de l'énergie solaire photovoltaïque

6.1 Les points forts du solaire photovoltaïque

Les forces de l'énergie solaire photovoltaïque reposent sur des technologies microélectroniques, conservant une bonne marge de progrès et d’innovations.

Les modules photovoltaïques sont garantis pendant 25 ans par la plupart des constructeurs. La fiabilité du fonctionnement dépasse 99,9 %. Plus que le prix du kWh, c’est le coût de substitution du photovoltaïque à une autre solution qui est important. L'énergie photovoltaïque remplace la création d’un réseau électrique et restera moins cher en zone rurale qu'une mise en réseau. Le toit équipé en panneaux solaires photovoltaïques peut remplacer avantageusement une couverture classique.

L'énergie solaire photovoltaïque est sans concurrence pour fournir une faible énergie à la verticale même du besoin. Il faut donc répondre aux besoins individuellement et multiplier les générateurs solaires photovoltaïques.

6.2 Les points faibles d'un système solaire photovoltaïque

L'énergie solaire photovoltaïque représente encore peu de chose dans le bilan énergétique mondial. L’ensemble des modules solaires photovoltaïques existant produit autant d’énergie que 20 % d’une tranche nucléaire. Ce n’est notamment pas une solution significative pour répondre immédiatement aux besoins énergétiques et aux enjeux internationaux (passer de 15 à 21 % dans la production d’électricité entre 2002 et 2010).

Le stockage de l'énergie solaire est le maillon faible. La solution est d’allonger la durée de vie des batteries. C’est un objectif atteignable d'ici 2010. Le temps de retour énergétique de la batterie est un autre point faible. Le module rembourse en 2 à 4 ans l’énergie dépensée pour sa fabrication, soit en 1/10 de la durée de vie. En revanche, le temps de retour des batteries est de 2 à 4 ans, soit équivalent ou supérieur à la durée de vie de certaines batteries.

Les problèmes non techniques, l’adaptation aux usagers, les limites de fourniture d’énergie liées notamment à la météo et la modification des approches classiques, sont autant de facteur qui empêchent le développement de cette technologie. Seules des crises, pétrolières par exemple, accélèrent les adaptations nécessaires.

6.3 Un problème complexe : les mécanismes financiers

Les difficultés sont d’abord non techniques et concernent la mise en place des prêts et leur remboursement. Les formules permettant de financer une installation photovoltaïque sont variées : achat classique, banques vertes, coopératives, prépaiement par cartes ou compteurs, location du matériel ... mais les organismes de crédit connaissent encore mal ces produits et éprouvent souvent du mal à les financer.

7 . Perspectives de l'énergie solaire photovoltaïque

Les perspectives à long terme pourraient être vues comme sans limite :

• marché captif de 2,5 milliards d’habitants du tiers-monde, qui seront 4 milliards dans 40 ans.
• marché de toits photovoltaïques, qui pourraient devenir le toit standard à terme, équipant chaque nouvelle maison pour contribuer à respecter le protocole de Kyoto

Le rapport de l’EPIA du 3 mars 2002 (réalisé par les industriels du secteur) est parmi les plus optimistes. Les chiffres annoncés sont stupéfiants. Mais la réalité a parfois dépassé les prévisions dans le domaine des énergies renouvelables.

En 2020 :

• 20,7GWc d’installations photovoltaïques fonctionneront
• le photovoltaïque alimentera un milliard d’habitants dont 30 % des habitants africains.
• 2,3 millions d’emplois seront créés par cette industrie.
• l’investissement sera de 75 milliards d’euros par an.
• 82 millions d’habitants des pays développés dont 35 millions en Europe auront des installations photovoltaïques connectées au réseau

8. Conclusions

Le marché photovoltaïque est en expansion ; le contexte énergétique, politique et environnemental est très favorable, les applications et les innovations se multiplient, la ressource est quasi illimitée.

Le photovoltaïque a quatre handicaps surmontables à moyen terme :

• le stockage en application autonome avec la durée de vie des batteries
• le coût d'installation jumelée avec une consommation optimisée
• sa complexité administrative
• son besoin de financement

Il devrait être d’ici 20 ans une filière énergétique importante et pourrait à long terme dominer dans les pays en développement. Il est en effet imbattable :

• en terrain vierge, non électrifié, pour de puissances inférieures à 2 kW
• pour tout consommateur de moins 10 kWh/mois, même sur un réseau
• en Europe, le photovoltaïque sera un jour le toit standard
• pour 7 humains sur 10, le photovoltaïque sera un jour l’énergie standard

Synthèse de 1992 à 2004 des données recueillies par l'ADEME sur le marché photovoltaïque français et bilan régional détaillé du marché 2004

Les systèmes photovoltaïques utilisent l'énergie la mieux répartie dans le monde : la lumière du soleil. En France, actuellement, des milliers de systèmes photovoltaïques produisent de l'électricité pour des applications telles que l'électrification rurale, l'électrification en zone urbaine, le traitement de l'eau, les télétransmissions ou les équipements publics.

Ces réalisations ont mis en valeur les qualités de l'électricité solaire photovoltaïque. Sa fiabilité, son autonomie, son influence faible sur l'environnement, son coût souvent compétitif ont rendu son utilisation particulièrement fréquente sur des sites éloignés du réseau électrique, appelés aussi sites isolés.