Journée I-tésé du 3 Juin 2010 1 Efficacité et solaire photovoltaïque Sophie Avril, Christine Mansilla et Françoise Thais © INES

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Journée I-tésé du 3 Juin 2010

Efficacité et solaire photovoltaïque

Sophie Avril, Christine Mansilla et Françoise Thais

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Efficacité technique :le rendement a-t-il un sens pour une énergie renouvelable ?

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IMP

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Le rendement, un critère important, parmi d’autres…

•Le rendement : un enjeu dans les laboratoires de recherche

L. L. Kazmerski / Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 150 52006 105-135

•Des filières aux caractéristiques technico-économiques différentes

silicium cristallin vs. couches minces

Rendement

Dégradation

Prix +-

--+

+

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Performances des cellules

•Le rendement ne traduit pas la performance globale :

– meilleur rendement pour le c-Si mais moindre production par kWc

– impact majeur de la dégradation

Production en kWh/kWc

Si cristallin

Si amorphe

Nice

Paris

So

urc

e :

I-té

sé

Si amorphe

Si cristallin

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Du prix de la cellule au prix de l’installation …

•Un prix du module plus faible peut rapidement être compensé par des coûts de structure élevés

→ adapter la technologie à l’application

centrale au sol toiture

So

urc

e :

I-té

sé

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… jusqu’au prix du système

•Cas d’un site isolé insulaire avec production électrique photovoltaïque et stockage d’énergie par batteries au plomb

→ les contraintes de surface requièrent des rendements élevés

0,95

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1,05

1,1

1,15

1,2

11 000 12 000 13 000 14 000 15 000 16 000

Surface occupée par le système (panneaux PV + stockages) [m²]

CT

A [€

/kW

h]

Référence

0,95

1

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11 000 12 000 13 000 14 000 15 000 16 000

Surface occupée par le système (panneaux PV + stockages) [m²]

CT

A [€

/kW

h]

Référence

Prix cellules PV + 10% et surface despanneaux -10% par rapport à la référence

So

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I-té

sé

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Efficacité environnementale et durabilité :quel impact du solaire photovoltaïque ?

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Les impacts environnementaux de la filière photovoltaïque

Quelques exemples

•Emissions de gaz à effet de serre

Analyse de Cycle de Vie des panneaux Si: étape fabrication

•Utilisation des ressources naturelles

Métaux rares utilisés dans les couches minces

•Toxicité des matières utilisées

Cas du Cadmium

parmi d’autres…

•Occupation des sols

•Acidification (SO2)

•Smog (C2H4)

•Eutrophisation (PO43-)

•Eau

•Déchets

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Cycle de vie d’un module PV au Silicium

Cristallisation du silicium et mise en forme des plaques

Raffinage du silicium

Fabrication des cellules

Assemblage des modules

Extraction sable

Transport éventuel

Dépose et gestion des déchets

Montage et mise en place

Utilisation et entretien

Installation électrique

Fabrication

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Emissions de CO2 équiv. dues au lieu de fabrication

d’un module PV Si

Impact négligeable du transport des éléments par bateau

Energie grise:

• verre,

• aluminium,

• autre.

So

urc

e :

I-té

sé

Impact environnemental des étapes de fabrication d'un module PV en fonction du mix électrique

0

500

1000

1500

2000

2500

France Allemagne Europe Chine

g C

O2é

qu

iv/W

cAssemblage module

Energie grise

Cellules

Plaques

Raffinage Silicium

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Indium pour le PV : une offre suffisante ?

•Une offre contrainte– métal rare : production limitée – difficultés pour trouver des gisements– opacité des filières d’approvisionnement– quotas à l’export fixés par le plus gros producteur (Chine)

•Une forte croissance de la demande

Demande Indium pour le PV

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2007 2008 2009 2010

ton

nes

1GW avec des cellules CIGS PV : 15t Cu, 22t In, 4t Ga et 55t Se

C.

Ho

cqu

ard

(B

RG

M)

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Vers une crise ?

Crise

risque de montée des coursrisque de pénurie

• produits de substitution: le graphène (cristal de carbone, matériau nano-technologique)

• recyclage

• sécurisation d’approvisionnements (diversification, achat long terme, stockage)

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Rejets de cadmium sur le cycle de vie pour différentes technologies

•Elément hautement toxique sous toutes ses formes

•Dangerosité:– contact avec les aliments– inhalation

PV

Les couches minces CdTe sont les moins émettrices de cadmium

Environnemental Science and Technology 2008

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Efficacité des aides au développement de la filière :illustration du cas français

Parc photovoltaïque raccordé au réseau fin 2008

(Source : SER-SOLER, d'après ERDF, EDF-SEI) Carte d'ensoleillement de la France

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Quels moyens pour le développement PV en France ?

é

d’éconsommation

Tarifs d’achat,Crédits d’impôt, TVA réduite,

aides régionales,…

Politique à moyen et long

termeDécision de l’Etat

Demande

Subvention R&D

Soutien aux industriels

Objectifs de déploiement

OffreTechnologies

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Historique du développement du PV en France

Tarifs d’achat

Subventions

off-grid

on-gridJusqu’à 95% pour les résidences principales

Crédits d’impôt

| 2010

Métropole : 15 c€/kWh

Corse et DOM TOM : 30c€/kWh

Métropole : 30c€/kWh +25c€/kWh pour l’intégré au bâti

Corse, DOM TOM : 40c€/kWh

+15c€/kWh pour l’intégré au bâti

50 ou 58 c€/kWh pour les systèmes intégrés au bâti

42 c€/kWh pour les systèmes avec installation simplifiée au bâti

entre 31,4 et 37,7 c€/kWh pour les centrales au sol

30 à 80% 35% 30%

40% 50% du matériel jusqu’en 2012

R&D Financement de la R&D sur le solaire PV

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Pu

issa

nce

in

stal

lée

ann

uel

le

[MW

c]

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Coût de la politique française

•Les crédits d’impôt représentent aujourd’hui la plus grande part des dépenses

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50

100

150

200

250

300

350

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1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

M€

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Tarifs d'achat

Budgets de R&D

Subventions et crédits d'impot

So

urc

e :

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Estimation du coût annuel des tarifs d’achat

•Un coût important dans les années 2020

→ de l’ordre de 10 fois le coût de 2009 mais pour une production en MWh 30 fois supérieure

Coût des tarifs d'achat par année

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500

1 000

1 500

2 000

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040

M€

So

urc

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Conclusions

•La ressource solaire n’est pas rationnée et son efficacité se pose en termes particuliers (coûts, surfaces au sol, productivité)

•Le recours au solaire PV est promu du fait de son impact positif sur les émissions de GES, mais des nuances sont à apporter selon le lieu de fabrication des cellules (importance du mix électrique)

•S’il est vrai que la ressource énergétique est abondante, il faut néanmoins être vigilant vis-à-vis de la durabilité des matériaux utilisés (métaux rares/recyclage)

•Les moyens pour promouvoir le développement de la filière PV en France se sont portés majoritairement sur les aides en faveur de la demande (subventions, crédits d’impôts et tarifs d’achat). A l’avenir, une aide plus importante sur l’offre pourrait être envisagée.

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Merci de votre attention

Documents

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