TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Energie – environnement

31. Systèmes photovoltaïques avec stockage intégré

Description

Le photovoltaïque permet la production d'électricité fondée sur la conversion de la lumière du soleil, source d'énergie renouvelable, par des photopiles, actuellement à base de silicium. Un système photovoltaïque complet comprend, outre les photopiles associées en modules et panneaux, un convertisseur courant continu-courant alternatif, un régulateur et, éventuellement, un équipement de stockage de l'électricité.

La réduction des coûts de fabrication des systèmes photovoltaïques reste une priorité à court et moyen termes. Elle concerne en particulier la production de silicium de qualité « solaire », moins onéreux que celui de qualité « électronique ». À plus long terme, de nouveaux matériaux pourraient succéder au silicium cristallin : silicium amorphe, CIS (cuivre-indium-sélénium), CdTe (tellure de cadmium), matériaux organiques ..., en particulier sous forme de couches minces. Par ailleurs, l'amélioration de la partie conversion-gestion peut permettre de réduire les pertes et d'améliorer la fiabilité des systèmes photovoltaïques.

Toutefois, le solaire photovoltaïque reste, par nature, une source intermittente. Sa mise en œuvre implique donc, en parallèle, un complément d'approvisionnement en électricité (réseau d'alimentation ou production locale, avec un groupe électrogène, par exemple) et/ou le stockage de l'électricité photovoltaïque produite durant les périodes ensoleillées – périodes qui ne coïncident pas nécessairement avec les périodes de consommation.

L'objectif est ici de disposer de systèmes autonomes avec stockage de l'électricité intégré. Il s'agira le plus souvent de stockage électrochimique, sous forme de batteries d'accumulateurs. Ce type de dispositif concerne au premier chef les régions septentrionales, dont la période d'ensoleillement est réduite et ne correspond pas nécessairement aux périodes de plus grande consommation d'électricité, ainsi que les zones où l'installation ne peut être reliée au réseau d'alimentation électrique : sites isolés, pays en développement ...

Enjeux, Impact

La directive européenne 2001/77 relative à l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables (SER) a fixé comme objectif pour la France une part de 21 % d'électricité SER en 2010, contre 15 % en 1997.

La loi de juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique française a retenu parmi ses priorités le développement des énergies renouvelables dans le secteur électrique. Du fait qu'il s'agit de ressources locales, elles contribuent à la sécurité d'approvisionnement énergétique. De plus, cet objectif est en phase avec ceux du protocole de Kyoto relatif à la diminution des émissions de gaz à effet de serre, transposé en France à travers le Plan climat. La production d'électricité au niveau national représentait en 2000 8 % des émissions de CO₂. Le développement de la production à partir de SER permettra de maîtriser l'évolution de ces émissions.

Marché

La production française d'électricité photovoltaïque s'élevait en 2004 à 27 GWh (7,4 GWh en 1998), dont 9 GWh à partir d'installations raccordées au réseau. À titre de comparaison, le total de la production d'électricité SER représente environ 72 TWh, dont 90 % d'origine hydraulique.

Le marché national reste modeste, si on le compare aux marchés allemand ou japonais, par exemple. En 2004, les nouvelles installations photovoltaïques connectées au réseau représentaient, en France, environ 5 MW, auxquels s'ajoute 1 MW en site isolé, pour un marché estimé globalement à 60 M€. Au niveau mondial, la production de modules photovoltaïques s'élevait à 700 MW en 2004, avec un rythme de croissance annuel en volume compris entre 20 et 35 %. Le Japon est prédominant : la moitié des cellules y sont produites.

Les perspectives à court terme concernent avant tout l'export. À moyen terme, l'intégration des systèmes photovoltaïques au bâti devrait offrir de nouveaux débouchés, en particulier au niveau national.

Acteurs

Disciplines scientifiques : chimie du solide, matériaux, énergétique.

Compétences technologiques : composants électriques, semi-conducteurs, matériaux-métallurgie.

Pôles de compétitivité : EnRRDIS (Rhône-Alpes), Énergies renouvelables-bâtiment (Languedoc-Roussillon), Énergies non génératrices de gaz à effet de serre (Provence- Alpes-Côte d'Azur).

Liens avec (technologies) : contrôle-commande des réseaux et de la puissance ; systèmes d'enveloppe de bâtiment ; technologies d'intégration des ENR dans le bâtiment.

Principaux acteurs français

Centres de compétences : CEA ; CSTB ; Institut national de l'énergie solaire (www.ines-solaire.com.) (Chambéry).

Industriels : Apex BP Solar, Apollon Solar, Emix, Jipelec, Photowatt, Total Énergie ... ; Enerplan (www.enerplan.asso.fr) : Association professionnelle de l'énergie solaire ; Technosolar (Association des ensembliers et installateurs photovoltaïciens et éoliens).

L'industrie photovoltaïque française repose essentiellement sur un ensemble de PME, en général adossées à des grands groupes, dont l'activité est en grande partie tournée vers l'exportation.

Exemples d'acteurs dans le monde : BP Solar (Royaume-Uni), Kyocera (Japon), RWE Schott (Allemagne), Sharp (Japon), Shell Solar (Pays-Bas) ... ; European Photovoltaic Industry Association (www.epia.org).

Commentaires

La distorsion évidente entre l'excellence des acteurs et l'atonie du marché intérieur français est un facteur de risque largement sous-estimé. Des mesures techniques, économiques et réglementaires peuvent permettre au marché intérieur du photovoltaïque (notamment raccordé au réseau) de décoller.

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie,
Direction Générale des Entreprises, 12/2006