Le solaire photovoltaïque

Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque ?
L’énergie solaire photovoltaïque – à distinguer de l’énergie solaire thermique – provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité. Cette conversion se produit au sein de matériaux “semi-conducteurs”, qui ont comme propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure. Dans le cas du photovoltaïque, cette énergie est apportée par les photons, les composants de la lumière, qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant le courant électrique.

Qu’est-ce qu’une cellule photovoltaïque ?
Les cellules photovoltaïques ont pour constituant de base les semi-conducteurs, dont le plus exploité est le silicium. Ce matériau est modifié par l’apport d’éléments extérieurs (en général des atomes de phosphore et de bore) pour le polariser et attirer les électrons dans un certain sens. Orientés de la sorte par le matériau “dopé”, ils vont circuler et créer un courant électrique, lui-même recueilli par des fils métalliques très fins. Les cellules sont assemblées en modules. Les modules vont de micropuissances de moins de 2 Wc* à des capacités unitaires de 150 Wc, voire 300 Wc. Un module photovoltaïque coûte actuellement 2 € par watt crête à fabriquer.

Quels sont les différents types de cellules ?
Les cellules les plus répandues sont issues de lingots de silicium cristallin, découpés en fines tranches. Lorsque le matériau est constitué d’un seul cristal, on parle de silicium monocristallin (aspect uniforme gris bleuté ou noir). Quand il est élaboré à partir de plusieurs cristaux assemblés, on l’appelle silicium polycristallin (généralement bleu, aspect d’une mosaïque). Les cellules issues du silicium monocristallin ont de meilleurs rendements que les autres, mais elles sont plus chères. Moins répandues, les cellules “en couches minces” sont fabriquées en déposant des couches très fines (quelques microns) de semi-conducteurs ou de matériaux photosensibles sur des supports bon marché comme le verre, le métal ou le plastique. Les cellules que l’on trouve, par exemple, dans les calculatrices sont en couches minces.

Que peut-on alimenter avec un module photovoltaïque ?
Les plus petits modules peuvent alimenter des montres, des calculatrices ou encore des parcmètres ou des bornes d’appel d’urgence sur autoroute. Des systèmes plus puissants peuvent fournir l’électricité pour des sites isolés (bateaux, maisons, etc.) ou être reliés à un réseau de distribution électrique, intégrés dans un bâtiment ou non. Pour chaque cas de figure, l’équipement sera différent. Des applications “au fil du soleil” (pompe à eau, ventilation) peuvent exploiter directement l’électricité produite en fonction du soleil. En revanche, l’utilisation en site isolé demande de pouvoir stocker le courant pour une utilisation la nuit ou par mauvais temps. Les modules produisent du courant continu, qu’il faut convertir en courant alternatif pour l’adapter à la plupart des appareils électriques.

Combien coûte un système photovoltaïque ?
Il faut différencier les systèmes reliés au réseau et les systèmes autonomes installés en site isolé.
> En France, pour une habitation en site isolé, la facture est de l’ordre de 10 à 25 €/Wc installé. Celle-ci inclut le prix des batteries, jusqu’à 15 % de l’investissement initial, et les coûts liés aux contraintes de sécurité. La majeure partie du système pourra être financé par le Face (Fonds d’amortissement des charges d’électrification), EDF, l’Ademe, la Région, le Département, l’Europe, le crédit d’impôt pour une résidence principale… Au final, les aides peuvent couvrir jusqu’à 95 % du financement.
> Relié au réseau, le coût se situe entre 5 et 9 €/Wc selon la taille du système (plus il est grand, moins le coût au watt crête est élevé). Mais les subventions cumulées (50 % de crédit d’impôt, aides des régions, départements, communes) peuvent prendre en charge jusqu’à 80 % du coût final. Le niveau des subventions varie selon les régions. Pour une maison individuelle, la surface installée se situe généralement autour de 20 m2 de modules, soit une puissance de 2 kWc. En toiture, 20 m2 reviennent donc environ à 14 000 €. Dans une région où les aides sont favorables comme en Rhône-Alpes, 3 000 € resteront effectivement à la charge du particulier. Dans ce montant, les panneaux représentent 60 % de l’investissement, l’onduleur 15 %, et les éléments de montage et la pose 25 %.

Comment l’électricité produite sur le réseau est-elle décomptée?
Les premières installations reliées au réseau étaient tout simplement équipées d’un compteur unique, de type électromécanique, qui tournait à l’envers en mode de production, et donc retranchait les kilowattheures solaires produits. Mais à présent, la législation française exige la présence de deux compteurs distincts : l’un pour compter la consommation et l’autre, la production. Cette configuration est importante lorsque le kilowattheure solaire est vendu plus cher que n’est acheté le kilowattheure “ordinaire” du réseau. Ainsi, en France, le kilowattheure est acheté à EDF à 0,1074 € en heures pleines et 0,0654 € en heures creuses. Le kilowattheure photovoltaïque est vendu 0,30 €, voire 0,55 € si les modules sont intégrés au bâti. Ces tarifs d’achat préférentiels visent à soutenir le développement de cette source d’énergie. L’Allemagne, qui a une politique très dynamique sur les énergies renouvelables, achète le kWh entre 0,457 € et 0,624 €, selon les installations.

Combien d’électricité un système relié au réseau fournit-il ?
Cela dépend d’abord de la technologie et de la surface que l’on choisit d’installer. Il faut aussi tenir compte de paramètres locaux : ensoleillement, orientation des panneaux. Un système de 1 kWc (10 m2) produit environ 1 000 kWh par an. Les besoins électriques d’un foyer de 4 personnes représentent environ 2 500 kWh par an (hors chauffage électrique et eau chaude sanitaire). Un système de 25 m2 (2,5 kWc) peut donc produire l’équivalent de cette consommation. Toutefois, si ce même foyer engage une démarche d’économie d’énergie (remplacement des ampoules par des lampes fluo-compactes, appareils de classe A et suppression des veilles inutiles, etc.), il pourra dégager un excédent et rentabiliser plus rapidement son installation photovoltaïque. Dans le meilleur des cas, le retour sur investissement, en France, est de six ans, grâce aux aides publiques.

Le photovoltaïque est-il compétitif ?
Aujourd’hui, le prix de l’installation sans aide publique rendrait le coût du kilowattheure photovoltaïque bien plus élevé que celui du kilowattheure hydraulique ou fossile. Néanmoins, à long terme, deux paramètres sont à prendre en compte. D’abord le prix de l’électricité : pour un pays comme la France, où elle est bon marché, le retour sur investissement est long. Au Japon, où elle est deux fois plus chère, on peut y trouver un intérêt, puisque ce temps de retour est divisé par deux. En outre à l’avenir, au vu des enjeux environnementaux, le prix de l’électricité “ordinaire” continuera d’augmenter. Deuxième paramètre, le coût des panneaux a diminué de 5 % par an depuis vingt ans et cette baisse devrait continuer. Les recherches actuelles ont pour principal enjeu de faire baisser les coûts de façon plus nette. C’est pourquoi, les deux courbes, augmentation de l’électricité, d’un côté, et baisse du prix de l’installation, de l’autre, finiront par se rejoindre dans quelques années pour faire du photovoltaïque une énergie compétitive qui pourra se passer d’aide publique. Cela dit, l’installation de panneaux a bel et bien un sens économique hors réseau. À partir d’un éloignement de 2 à 3 km d’un réseau, le photovoltaïque se révèle moins coûteux qu’une extension de lignes.

Quel est l’impact environnemental du photovoltaïque ?
En France, selon l’irradiation solaire, une cellule rembourse en deux à cinq ans son “énergie grise”, c'est-à-dire celle qui a été nécessaire à sa fabrication (cadre, câble et supports compris). Et, comme elle fonctionne au moins pendant trente ans, elle la rembourse même de 6 à 15 fois. En phase d’utilisation, les modules ne génèrent aucun impact négatif sur l’environnement. En fin de vie, la plupart de ses composants (verre, aluminium, silicium, métal) peuvent être recyclés. En outre, l’économie moyenne de CO2 est estimée à 0,6 kg par kilowattheure solaire produit par rapport à une énergie fossile.

Quels sont les pays qui fabriquent les modules photovoltaïques ?
La fabrication de cellules se situe essentiellement dans quatre zones très industrialisées : le Japon, l’Europe, la Chine et les États-Unis (voir baromètre EurObserv’ER ajouter lien Internet). Cette industrie s’est en effet développée à l’ombre de la microélectronique, dont elle exploite les déchets de silicium. Le Japon, qui a soutenu très fortement cette industrie, est aujourd’hui premier producteur de photovoltaïque. Derrière lui, arrive l’Europe, principalement tirée par l’Allemagne, les Pays-Bas et l’Espagne. La France, pionnière dans ce secteur, compte encore une industrie conséquente. Mais, avec près de cent fois moins de systèmes installés qu’en Allemagne, elle n’a pas encore de marché domestique assez dynamique pour susciter de gros investissements.

Quelle part la production d’électricité solaire photovoltaïque peut-elle prendre ?
Aujourd’hui, la part du photovoltaïque dans la production totale d’électricité est anecdotique. Malgré des taux de croissance de l’ordre de 30 % depuis quelques années, elle représente 0,5 % de la production électrique en Allemagne. Lui donner une part significative dans la production d’électricité exige un soutien politique important pendant encore quelques années. À cette condition, les projections les plus optimistes (Epia, Greenpeace) estiment que le photovoltaïque sera en mesure de fournir 16 % de la demande d’électricité mondiale à horizon 2025, et 24 % d’ici à 2040.

* Le watt-crête (Wc) mesure la puissance théorique maximale qu’un module ou qu’une installation peut produire dans des conditions standard d’ensoleillement.