Le photovoltaïque pour les nuls [ partie 1 ]

Posté le 02 May 2013
Tags: Actualités solaire

2" hspace="10" height="250" border="0" align="left" src="http://www.enerzine.com/UserFiles/Image/breve15694a.jpg" alt="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 évaluéà 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 estiméà 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)