L’énergie photovoltaïque est de l’électricité produite par des cellules exposées au rayonnement solaire. Vous retrouverez, ci-dessous, les explications sur son principe, les technologies existantes, leurs performances ainsi qu’une première approche du point de vue économique.
Comment ça marche ?
Les installations produisent de l’énergie électrique à partir de la source gratuite qu’est le soleil. C’est l’effet photovoltaïque qui est à l’œuvre.
Elles sont absolument passives et ne nécessitent aucune surveillance particulière.
Elles s’inscrivent dans la mise en place des Objectifs de Développement Durable.
- Les cellules photovoltaïques des panneaux captent la lumière du soleil et produisent de l’énergie électrique.
- L’onduleur transforme le courant continu produit en courant alternatif.
- Physiquement, l’électricité ainsi produite est injectée soit directement dans votre réseau domestique (pour être auto-consommée en partie ou en totalité) soit sur le réseau public pour être consommée par les utilisateurs les plus proches. Elle peut être également stockée dans des batteries.
- Contractuellement, l’électricité produite est vendue (partiellement ou en totalité) et/ou consommée par le producteur lui-même.
- Par ailleurs, les consommations restent comptabilisées comme auparavant par votre fournisseur habituel d’électricité (via le compteur Linky d’Enedis).
- Vous pouvez donc produire localement votre propre électricité à partir du soleil tout en continuant à bénéficier d’une fourniture d’électricité en provenance du réseau : car la nuit ou les journées nuageuses, sans stockage sur batterie, vous aurez toujours besoin d’être alimenté en électricité.
Attention, bien souvent on confond autonomie et autoconsommation !
Plus d’info sur l’autoconsommation
Sans stockage, pas d’autonomie notamment la nuit.
Sans consommations en période d’ensoleillement, pas d’autoconsommation.
Puissance, énergie, Wattheure et Watt-crête…
On dimensionne une centrale photovoltaïque en Watt-crête (Wc) [Watt-peak Wp en anglais], voir même en kiloWatt-crête (kWc), qui représentent la puissance des cellules photovoltaïques dans des conditions idéales : sous irradiation solaire de 1000W/m², à 25°C. En pratique, la puissance maximale délivrée par une panneau atteint rarement 80% de sa puissance crête en France.
Un panneau « classique » en silicium de 1,7m², en 2021, peut avoir une puissance crête variant entre 255 et 440 Wc.
Sur une année, l’énergie électrique produite se compte en kiloWatt-heure (kWh) comme sur vos factures d’électricité. En moyenne, on peut évaluer que pour 1 kWc de panneau convenablement installé, la production annuelle d’électricité sera d’environ 1000 kWh dans les Hauts-de-France.
Et ça marche même chez nous ?
Le soleil est indéniablement moins visible dans les Hauts-de-France que dans le sud. Et pourtant…
Malgré un temps d’ensoleillement 60% plus important dans le sud, la production annuelle n’est que 40% plus élevée. Les panneaux photovoltaïques n’aiment pas la chaleur : les températures élevées font baisser le rendement et donc la production d’électricité.
Il suffit d’aller se promener chez nos voisins belges pour réaliser que les panneaux photovoltaïques ont aussi leur place dans notre région !
Le rendement d’un capteur solaire diminue quand la température augmente
Conséquence : Malgré 25% d’ensoleillement en moins par rapport à Lyon, le capteur situé à Lille est presque aussi performant !
Focus sur l’état de développement de l’énergie solaire
L’Europe, la France, les régions, les communautés de communes ou les communes directement se fixent de plus en plus des objectifs à atteindre en terme de développement d’énergie photovoltaïque.
Au niveau national, l’objectif à 2050 fixé début 2022 est ambitieux et multiplie par 10 la puissance actuelle : dépasser les 100 Giga-Watts d’installation solaire (13,2 GW en 2021)
Au niveau régional,
l’objectif de 2 Giga-Watts
pour 2031 est fixé par le SRADDET
depuis 2019.
La route est encore longue ! Le déploiement en 2022 dans la région est encore en retard si on le compare à un territoire très similaire : la Belgique.
Implantation des panneaux
Par principe l’optimum pour poser des panneaux photovoltaïques est plein sud, une inclinaison de 30° à 40°, suivant les régions, et surtout aucune ombre portée d’arbre, de cheminée ou de construction voisine.
Ces conditions ne sont pas obligatoires : si l’inclinaison et l’orientation changent, un facteur de correction permet de prévoir la production des panneaux.
Les panneaux solaires photovoltaïques aiment la lumière mais pas la chaleur !
Si la réglementation vous le permet, privilégiez toujours une implantation en surimposition des éléments de couverture de la toiture. Cela améliore le rendement de l’installation et évite de nombreux désordre liés à l’intervention sur l’étanchéité de la toiture lorsqu’ils sont en intégration.
Est-ce rentable ?
Actuellement, pour équiper sa maison d’une toiture productrice d’électricité, il n’est plus nécessaire de modifier la toiture existante, l’installation est en surimposition, posée en parallèle à la toiture. Pour plus d’info…
Le coût des installations peut varier en fonction de certaines contraintes : sa localisation, la hauteur du bâtiment, l’emplacement de l’onduleur etc…
Un exemple d’installation standard est de 3 kWc parce qu’au-delà le taux de TVA sur le matériel et la pose de la centrale passe de 10% à 20%.
| Puissance – Surface | Production (moyenne sur 30 ans*) | Coût installation (moyenne constatée) | Coût du kWh (sur 30 ans) | Année de référence |
|---|---|---|---|---|
| 3 kWc – 16 m² | 2726 kWh/an | 6000 € TTC | 7,33 c€/kWh | 2018 |
| 3 kWc – 15 m2 | 2726 kWh/an | 8000 € TTC | 9,78 c€/kWh | 2021 |
| 3 kWc – 15 m2 | 2726 kWh/an | 9000 € TTC | 11,01 c€/kWh | 2022 |
| 3 kWc – 14 m² | 2726 kWh/an | 7500€ TTC | 9,17 c€/kWh | 2024 |
En optimisant ses consommations pendant les périodes de production des panneaux, les économies sur la facture seront plus importantes. En moyenne aujourd’hui, le temps de retour sur investissement d’une centrale varie entre 10 et 17 ans. La durée de vie, constatée, d’une centrale est d’au moins 30 ans.
Si vous installez des onduleurs centralisés pour transformer le courant continu, un ou deux changements seront nécessaires au cours de la vie de la centrale (durée de vie d’un onduleur entre 10 et 15 ans)
A noter qu’avec la forte augmentation à venir du coût de l’électricité, le temps de retour va diminuer. En dix ans le prix du kWh vendu par EDF a augmenté de 40%. Donc oui, c’est rentable et ça le sera de plus en plus.
Les technologies photovoltaïques actuelles
Un peu d’histoire
L’effet photoélectrique, le principe physique sur lequel se repose la technologie photovoltaïque, a été découvert par le Français Antoine Becquerel dans les années 1830. Il a été à l’origine de la théorie d’Einstein onde-particule, qui lui valut le prix Nobel de physique en 1921. Pour vulgariser cet effet, on peut imaginé la lumière comme une particule (un photon), qui est absorbée par le matériau, qui transforme l’énergie transmise par le photon en un électron.
Aujourd’hui, la majorité des technologies utilisés pour transformer l’énergie du soleil en électricité est à base de silicium cristallin, présent surtout dans le sable, une ressource abondante à la surface du globe. Plus de 90% des panneaux photovoltaïques vendus sur le marché utilisent cette technologie, qui possède un rendement allant de 15% à 24%.
Ils existent par ailleurs de nombreuses autres technologies aux côtés des panneaux monocristallins et polycristallins. Il s’agit de cellules :
- couches minces : CIGS et CdTe
- photovoltaïques organiques
- hybrides
Les innovations sont fréquentes dans le secteur du photovoltaïque, et les technologies dites « couches minces » proposent des rendements plus grands que le silicium cristallin.
Également, de nouvelles cellules à base de matériaux organiques commencent à voir le jour, avec des rendements de plus en plus intéressants mais une durée de vie limitée.
Plus d’informations
Bon à savoir : Il existe désormais des panneaux solaires colorés, des tuiles et ardoises photovoltaïques pour une meilleure intégration paysagère et même des installations PV flottantes et des voiles solaires !
Les performances
La durée de vie constatée est de 30 ans avec une garantie des fabricants bien souvent de plus de 80% à 85% du rendement initial à 25 ans*.
*Il s’agit d’un engagement des fabricants mais en réalité les panneaux produisent bien plus longtemps : une installation de 20 ans a été démontée en France et le rendement n’a chuté que de 8% contrairement au 20% de baisse annoncée en générale par les fabricants. source
Le rendement surfacique d’un panneau solaire photovoltaïque dépend de sa puissance.
Par exemple, un panneau standard de 300 Wc (en 2021) fait en général 1 m de large * 1.70 m de long soit un rendement surfacique de 180 Wc/m2 ou 18%.
L’impact environnemental
Actuellement, on observe que les panneaux “remboursent” l’énergie nécessaire à leur fabrication au bout de 1,5 à 3 ans de production suivant les technologies et le lieu d’implantation. Un même panneau solaire implanté en Norvège ou en Espagne ne produira pas la même quantité d’énergie sur une même, ce qui explique cette fourchette.
Les panneaux photovoltaïques produisent donc, minimum, 10 fois l’investissement énergétique initial pour un durée vie de 30 ans.
En 1986, il fallait compter 409 grammes d’équivalent CO2 pour 1 kWh. Aujourd’hui, l’empreinte d’un panneau solaire est de l’ordre de 30 à 40 grammes d’équivalent CO2 par kWh. Source
Des disparités subsistent toujours suivant l’origine de fabrication du panneau solaire photovoltaïque mais elles tentent de plus en plus à s’atténuer suivant l’origine de fabrication (NDLR : si le panneau est d’origine française, européenne ou chinois). Le mix énergétique chinois est de moins en moins carboné (développement des énergies renouvelables en remplacement des centrales au charbon). La tendance est donc à un contenu carbone, à la baisse, au rythme de l’évolution du mix énergétique 100% ENR à l’horizon 2050. Source
Qu’on se le dise : les panneaux photovoltaïques composés de silicium cristallin, soit 94% du marché mondial, n’utilisent aucune terre rare !
sources
Le recyclage
Le recyclage pose moins de problèmes que celui des composants électroniques et il en est même plus performant. Il est actuellement supervisé par l’éco-organisme européen agrée par les pouvoirs publics : Soren (anciennement PV cycle).
Bon à savoir
Le financement du recyclage fonctionne sur la base d’une éco-participation du fabricant ou importateur de panneaux solaires. Par conséquent, si une installation en fin de vie doit faire l’objet d’un démontage, en dehors du coût de démontage et du transport, le dépôt dans les points d’apports volontaires de collecte est gratuit.
Les 10 idées reçues sur le solaire photovoltaïque
Autres Liens utiles
- Outil européen plus technique pour l’analyse de potentiel : JRC Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) – European Commission
- Estimation du productible sur une carte : Carte de productible
- Calculateur d’ensoleillement et masque naturel : Heliorama
- Un outil très abouti et précis pour réaliser une étude de potentiel solaire : AutoCalSol
- Pour tout connaître sur les démarches, comment préparer un projet, comment réaliser et exploiter une installation >>> photovoltaique.info/fr site réalisé par l’association HESPUL
Hespul est une association loi 1901 spécialisée dans le développement des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique. En 2007, elle a créé le Centre national de ressources sur le photovoltaïque avec le soutien de l’ADEME