Le Solaire

Index

1. Introduction

2. Le solaire photovoltaïque

3. Le solaire thermique

4. Conclusion

5. En savoir plus

 

 

 

 

1. Introduction

Le soleil nous envoie, à nous les terriens, 10 000 fois plus d'énergie que nous en consommons…. Et nous nous prenons à rêver, la solution, ne serait-ce pas le recours massif au solaire?

Pas si simple: Cette énergie est très dispersée alors que nous l'utilisons sous forme très concentrée (pétrole, gaz, nucléaire…) et en plus elle est intermittente: par construction il ne fait soleil que le jour et il y a plus de soleil en été qu'en hiver, et c'est précisément de nuit et en hiver qu'on en aurait bien besoin. Et, pour tout arranger, les pays du Nord, gros consommateurs, reçoivent moins d'ensoleillement que le Sud…..

Chaque m2 reçoit en moyenne 2 à 3 kWh par jour en Europe du Nord, 4 à 6 en région PACA. Les variations saisonnières été/hiver sont d'un facteur 2,5 en France.

Où en est-on?

Il y a deux grandes voies d'utilisation du solaire : le photovoltaïque et le thermique.

 

2. Le solaire photovoltaïque

L'effet photovoltaïque, découvert en 1839 par Antoine Becquerel grand père d'Henri Becquerel, permet la conversion directe du rayonnement solaire en électricité. Une cellule solaire fait appel à des matériaux semi-conducteurs très purs utilisés en électronique en particulier le silicium sous forme de couches minces.

Quelques chiffres:

  • Le rendement d'une cellule est passé de quelques 4% dans les années 50 à 15% de nos jours, mais on arrive à plus de 40% en laboratoire.
  • Sous nos climats, 1 m2 de panneau solaire délivre une puissance de crête[1] de l'ordre de 100 watts (une grosse ampoule) et permet une production annuelle en France d'environ 100 à 115 kWH, variable selon la région.
  • le facteur de charge du solaire photovoltaïque varie de 10 % à 24 % selon la région, en particulier en moyenne : Allemagne : 11 %, France : 13 %, Espagne 21 %, USA : 24 %.
  • Le coût du kWh a été divisé par deux depuis 1990, l'électricité solaire restant néanmoins 5 à 10 fois plus chère que les sources conventionnelles. L'objectif des promoteurs est de diviser par 3 ou 4 le coût de l'investissement et d'arriver à un coût de 10 c€ par kWh en 2020 (Source: conférence européenne du photovoltaïque 2006)
  • le principale producteur de cellules photovoltaïques est la Chine (plus de 65 % du marché mondial par les sociétés : Trina Solar, Jinko Solar, JA Solar, Yingli Green Energy, Renesolar ...).
  • La durée de vie d'une cellule photovoltaïque est d'environ 30 ans.
  • Pour une maison, une installation photovoltaïque de 2kWc coûte en moyenne de 16 000 euros HT pose incluse.
  • L'émission de CO2 par kWh de 100 à 280 g (du fait de la fabrication des cellules) à comparer à 9 à 21 pour le nucléaire et 10 à 42 pour l'éolien.
  • Il faut pour fabriquer une cellule solaire l'équivalent en énergie de 3 à 4 ans de son fonctionnement, sans compter les 5 ans environ pour les batteries de stockage.
  • Le photovoltaïque se développe à coup de subventions coûteuses: le tarif de rachat de l'électricité produite est de 30 c€/kWh en métropole, auquel il faut rajouter 25 c€/kWh de "prime d'intégration au bâti" A titre de comparaison le coût complet du kWh EPR est de l'ordre de 3 c€ et le prix de rachat de l'éolien de 8,38 c€. Les installations bénéficient de plus d'un crédit d'impôt de 50% plafonné à 16 000 € pour un couple.
  • Le prix de vente par la Chine des modules est en 2015 d'environ 0,8 euros par W, les Européens accusent la Chine de vente "dumping", c'est à dire  inférieur au cout de revient..

 L'intérêt principal du photovoltaïque est son autonomie de fonctionnement, il faut pour cela y associer des batteries, ce qui en limite la puissance envisageable et les applications (courant continu). C'est la solution pour les installations mobiles ou isolées, chaque fois que la puissance demandée n'est pas trop importante.

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).

 

La production d'électricité photovoltaïque dans le monde en 2012 était de 104 TWh soit 0,5 % de la production mondiale d'électricité.
En 2015 est de 253 TWh (soit un facteur multiplicatif de plus de 10 en 10 ans) ce qui représente 1,3 % de la production d'électricité mondiale de 20 000 TWh et 0,4 % de la production d'énergie mondiale.


En 2015 les principaux pays producteurs sont en TWh :

  • Chine : 39
  • USA : 39
  • Allemagne : 38
  • Japon : 31
  • Espagne : 14
  • Royaume Uni : 8
  • France : 7
  • Inde : 7

Deux pays européens se sont lancés dans la réalisation de parcs importants : En Allemagne, le Bavaria Solar Park, (56000 panneaux implantés sur trois sites, mis en service en 2005, a une puissance de 10 MW. Le Portugal a lancé la construction d'un parc de 350 000 panneaux sur 114 hectares à Moura. La puissance de ce parc, 62 MW- de jour- est à comparer aux 3600 MW de la centrale nucléaire du Tricastin, par exemple.

En France, la ville de Chambéry est à l'initiative d'un pôle de développement de la recherche appliquée en matière d'énergie solaire: Un Institut National de l'Energie Solaire a été installé sur le campus du Bourget du Lac, en partenariat entre les principaux acteurs de la recherche et les industriels du secteur. La ville a par ailleurs inauguré le 01 juin 2005 la plus grosse centrale photovoltaïque de France, qui avec ses 1.010 mètres carrés de capteurs solaires devrait produire environ 120.000 kWh d'électricité par an. Composée de deux tranches, l'une de 860 m2 de capteurs, installée sur des réservoirs d'eau potable et d'une autre de 150 m2, posée sur un bâtiment proche, cette centrale a coûté 530.000 Euros dont 450.000 Euros pour sa partie photovoltaïque.

 

Mais c'est dans les départements d'outre mer que le solaire photovoltaïque trouve le meilleur champ d'application: l'ensoleillement est abondant et tout kWh photovoltaïque déplace un kWh fossile, polluant et de plus en plus onéreux. La plus grande centrale française est ainsi située à La Réunion. Ses 6000 panneaux occupent une surface de 8500 m2, sa puissance est de 1,35 MW. Le département ambitionne une puissance installée de 100MW.

AVANTAGES

INCONVÉNIENTS

Source inépuisable

Autonomie

Susceptible de progrès importants

Faible impact CO2

Intermittence

Puissance unitaire faible

Coût très élevé

Impact CO2 néanmoins10 fois plus élevé que le nucléaire ou l'éolien

 3. Le solaire thermique

On distinguera plusieurs modes d'utilisation de l'énergie thermique du soleil:

  • Le solaire passif : la serre par exemple
  • Le solaire actif : en particulier le chauffage
  • La concentration de l'énergie thermique du soleil : c'est l'expérience de la loupe

 

Le solaire passif

Son principe est d'utiliser l'effet de serre qui piège au travers d'une vitre la chaleur du rayonnement. C'est l'architecture solaire discipline en plein développement qui concerne principalement les constructions neuves.

 

Le solaire actif

L'énergie solaire thermique est utilisée pour le séchage, le chauffage ou la production d'eau chaude sanitaire. Des panneaux, en matériaux très absorbants tels l'oxyde de chrome, transforment les photons en chaleur, transmise à un liquide caloporteur (en général eau + antigel) ce liquide est envoyé vers un ballon de production d'eau chaude ou dans un circuit de chauffage. Il faut 4 m2 de capteurs pour répondre aux besoins d'une famille de 4 personnes ou 10 m2 pour chauffer une maison de 100 m2 sous nos latitudes. L'investissement reste encore élevé mais devrait baisser rapidement avec la généralisation de cette application. Une installation de chauffe eau solaire est, aujourd'hui et compte tenu d'une incitation fiscale de l'ordre de 50 %, amortie en 10 ans.

A noter que la France est très en retard sur l'application de ces technologies pourtant prometteuses. Un "plan soleil" a été mis en place pour accélérer le nécessaire développement du solaire thermique.

 

 

 

La concentration de l'énergie solaire

Chacun a expérimenté la focalisation, de l'énergie solaire au moyen d'une loupe pour atteindre des températures élevées (500 à 1000 degrés). Plusieurs types de dispositifs sont l'objet d'expérimentations à l'échelle industrielle:

  • Les collecteurs cylindro-paraboliques qui concentrent les rayons sur une ligne.
  • Les centrales à tour cernée par un champ de miroirs orientables (héliostats) qui renvoient les rayons vers le haut de la tour.
  • Les collecteurs paraboliques qui concentrent les rayons au foyer de la parabole.

 

Outre des applications simples (four solaire), ces procédés sont applicables à la production d'électricité, en fabriquant de la vapeur entrainant une turbine classique. Une centrale à tour, Thémis, a été expérimentée en France entre 1983 et 1986 et abandonnée pour des raisons économiques. Une relance de l'expérimentation comportant un couplage avec une turbine à gaz, est en cours.

 

Plusieurs prototypes fonctionnent à travers le monde mais n'ont pas atteint la faisabilité économique à ce jour. La plus grosse installation, en Californie a une puissance de 150 mégawatts. Cette filière connaît un regain d'intérêt à long terme pour les pays à fort ensoleillement non seulement pour la production d'électricité mais également pour des applications telles que le dessalement de l'eau de mer ou la production d'hydrogène.

 

 

4. En guise de conclusion

Les applications thermiques de l'énergie solaire et plus particulièrement la production d'eau chaude, trop négligées dans notre pays, méritent d'être développées.

Le photovoltaïque ne contribuera pas significativement à la production d'électricité sauf si des sauts technologiques importants imprévisibles aujourd'hui étaient constatés. Il reste cependant une technique de choix pour les besoins décentralisés de faible consommation. Il est notamment appelé à se développer dans les projets d''électrification rurale décentralisée notamment dans le cadre de coopérations Nord- Sud.

Enfin les applications de l'énergie solaire sont susceptibles de progrès à long terme importants. En ce sens, la recherche et le développement, trop négligés en France, méritent d'être activement soutenus.

 

5. En savoir plus: quelques sites à consulter

http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=12615

http://www.savoie-technolac.com/v2/technopole/annuaires/energie_solaire.php

http://www.manicore.com/

http://sauvonsleclimat.org/

 

[1] La puissance de crête est une donnée normative appliquée aux cellules et modules photovoltaïques. Elle correspond à la puissance que peut délivrer, par exemple le module, sous des conditions standards optimales d’ensoleillement (1000 W/m²) et de température (25°C). Cette puissance de crête permet notamment de comparer deux matériaux entre eux.