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Approvisionnement Energétique de la Loire Atlantique Synthèse de la séance de travail du 6 avril 2006

Première partie - Présentation

Th2/6.1

L’électricité solaire : le photovoltaïque Séance de travail avec Monsieur John KESSLER, Professeur à l’Université de Nantes, LAMP  

1.1 – Le Soleil : une centrale à réaction nucléaire avec 10 milliards d’années de réserves Le Soleil1 est une étoile de 1 392 000 km de diamètre (109 fois le diamètre de la Terre) parmi les milliards de notre galaxie, la Voie lactée. Il est la principale source d'énergie, de lumière et de chaleur dans le système solaire, ce qui a permis la vie sur Terre. L'énergie solaire se crée profondément dans le noyau du soleil. C'est là où la température (15 000 000 °C) et la pression (340 milliards de fois la pression terrestre au niveau de la mer) est si intense que des réactions nucléaires ont lieu. Coupe du soleil2 Ces réactions provoquent la fusion de quatre protons (noyaux d'hydrogène) pour former une particule alpha (noyau d'hélium). La particule alpha est environ 0,70% moins massive que les quatre protons. La différence de masse est transformée en énergie et transportée vers la surface du soleil, par un processus de convection, où elle est libérée sous forme de lumière et de chaleur. L'énergie générée dans le noyau met un million d'années pour atteindre la surface.

1 2

http://system.solaire.free.fr http://astrunivers.free.fr CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 1/23


Chaque seconde, 700 millions de tonnes d'hydrogène sont converties en hélium. Dans le processus, 5 millions de tonnes d'énergie pure sont libérées. Pourtant comme toutes les autres énergies « fossiles », le soleil s’épuise, mais ses « réserves » sont estimées à 10 milliards d’années, soit encore 2 fois l’âge de la terre, et du soleil !!!

1.2 – Liens entre le climat et le soleil Le soleil a des effets3 sur le climat. Quand le soleil a une faible activité et peu de taches solaires, la Terre est frappée par un flux plus intense de rayons cosmiques qui produisent dans l'air la formation de carbone 14. La composition en carbone 14 des cernes des arbres (cercles de croissance concentriques du tronc d'un arbre que l'aubier forme chaque année) permet d'établir le cycle solaire pour des périodes antérieures à 1600. Cela a révélé :   

Le "minimum de Wolf", environ entre 1281 et 1347, Le "minimum de Spörer" de 1411 à 1524, Le "minimum de Maunder" de 1645 à 1715.

Ces trois minimums se situent lors d'un petit âge glaciaire. Une corrélation existe donc entre le climat terrestre et l'activité du soleil, les périodes froides correspondant à une baisse d'activité. C’est au milieu du XIXe siècle que le réchauffement du climat a commencé.

1.3 – Flux solaire, notion d’albédo et effet de serre Flux Solaire La surface du soleil est à une température d'environ 6 000°C. Elle émet des radiations dont la longueur d'onde varie de 0,2 à 4 µm4, c'est à dire depuis l'ultraviolet jusqu'au proche infrarouge (le domaine visible s'étend de 0,3 à 0,7 µm environ). En moyenne, 30 % du flux est réfléchi ou diffusé vers l'espace (par les nuages, les aérosols et la surface de la Terre), 70 % est absorbé par l'atmosphère et par la surface et transformé en chaleur.

3 4

http://system.solaire.free.fr µ =unité de mesure égale à 10-6 CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 2/23


Cette portion d'énergie solaire convertie en chaleur est le moteur des mouvements des masses d'air et d'eau à la surface du globe, et donc des climats. La Terre, dont la température superficielle est beaucoup plus basse, émet à son tour un flux d'Infrarouges de forte longueur d'onde (de 3 à 30 µm environ). L'état thermique du système Terre-Atmosphère stationnaire sur une période de plusieurs années.

est

donc

relativement

Albédo5 L'albédo est le rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface sur l’énergie solaire incidente. On utilise une échelle graduée de 0 à 1, avec 0 correspondant au noir, pour un corps avec aucune réflexion, et 1 au miroir parfait, pour un corps qui diffuse dans toutes les directions. Dans la pratique, un corps est perçu comme blanc dès qu'il réfléchit au moins 80% de la lumière d'une source lumineuse blanche. À l'inverse tout corps réfléchissant moins de 3 % de la lumière incidente paraît noir. L'albédo est en moyenne 30 % pour le globe :    

5-10 % sur les mers sans nuages 10-15 % au dessus des forêts 30-50 % sur les déserts 60-85 % sur la neige et la glace.

Avec un albédo de 30%, 70 % du rayonnement solaire est absorbé et transformé en chaleur :  Les Ultra-violets sont absorbés par l'ozone de la stratosphère,  Les Infrarouges sont absorbés par la vapeur d'eau et le gaz carbonique de

la troposphère puis réémis vers le sol et vers l'espace,  Le Visible et le proche Infrarouge atteignent la surface. Effet de serre Tout comme les panneaux vitrés qui maintiennent la chaleur dans les serres, l'atmosphère capte la chaleur du soleil et la retient près de la surface du globe. Les gaz de l'atmosphère qui permettent à la Terre de rester chaude sont appelés « gaz à effet de serre 6». Sans eux, la chaleur du soleil s'échapperait dans l'espace et la température moyenne de la planète passerait de 15°C à -18°C. 5 6

http://fr.wikipedia.org/ Les principaux gaz à effet de serre sont: H2O, CO2, N2O,CH4, O3, Fréons. CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 3/23


1.4 - : «En Loire Atlantique, « Il pleut une énergie solaire équivalente à 0,4 litre d’essence au m² par jour » Constante solaire7 La constante solaire exprime la quantité d'énergie solaire que recevrait un m² de la surface terrestre exposée directement aux rayons du soleil si l'atmosphère terrestre n'existait pas. Elle est égale à 1353 W/m².

Carte d’ensoleillement de la France et KWh au m² par an

En Loire Atlantique, il « pleut une énergie solaire » d’environ 3.5 KWh par jour/m² (1350 kWh/m²/an/ 365 j), soit un équivalent essence de 0,4 litre par jour et par m² (3.5 kWh/J * 0.1 litre équivalent pétrole8). 7

La constante solaire change également, de l'ordre de 1 à 5 W/m², sur des échelles de temps plus courtes, de quelques jours à quelques années, par exemple en raison de la présence ou l'absence de taches solaires ou de l'activité solaire. 8 11 600 KWh égalent une tonne équivalent pétrole (tep), soit un KWh égal 0,1 litre équivalent pétrole. CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 4/23


1.5 - Le système photovoltaïque En convertissant directement une fraction de cette énergie solaire « gratuite » en électricité, le système photovoltaïque est le plus dynamique parmi les autres systèmes de production utilisant les énergies renouvelables. Cependant, comme l’énergie du vent, cette énergie électrique est relativement intermittente par l’irrégularité de la source (difficultés en termes de productions d’électricité nocturne et hivernale). Le système photovoltaïque se conçoit de la façon suivante :

Le système photovoltaïque est l’interface entre l’usager et la ressource. La phase de mise en forme est donc incontournable et répond à différents besoins ou applications (bâtiment en site isolé ou raccordé au réseau électrique).

Le panneau photovoltaïque (installé sur un site, une habitation ou un bâtiment) est le générateur ou le transformateur d’énergie solaire en énergie électrique, grâce aux capteurs (ou modules) généralement installés sur le pan de toiture le plus au sud du bâtiment. Cette énergie électrique peut être soit :  Stockée grâce à un régulateur (parc de batterie d’accumulation) lorsque

les périodes de consommation ne correspondent pas aux heures de production (alternance jour-nuit, jours de mauvais temps).  Convertie en courant continu (DC : Direct Current) ou en courant alternatif

(AC : alternative Curent, le plus souvent grâce à un onduleur) selon le choix d’installation électrique du site.  Raccordée au réseau de distribution (public ou privé). L’énergie électrique

est transformée en courant alternatif (identique à celui qui circule sur le réseau). Soit le courant est directement consommé par le bâtiment, si des consommations sont en cours, soit la production est injectée sur le réseau pour être consommée par les utilisateurs les plus proches.

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1.6 – Typologie des panneaux9 Cellules silicium (cristallins) et amorphe (couches minces) Le silicium cristallin est le matériau semi-conducteur le plus largement utilisé pour la fabrication d’une cellule photovoltaïque. Trois formes de silicium peuvent être utilisées dans l’effet photovoltaïque : •

Le silicium poly cristallin (fait de bouts de cristal juxtaposés) : il s’agit du matériau photovoltaïque le plus utilisé, à lui seul plus de 50% du marché mondial. Il offre un bon rendement (15%) pour des coûts de fabrication maîtrisés.

Le silicium mono cristallin (fait d’un seul cristal) : son rendement est légèrement supérieur au silicium poly cristallin, jusqu’à 25% de rendement en laboratoire, en revanche sa fabrication est plus délicate donc plus coûteuse. Les matériaux en silicium cristallin (poly et mono) représentent 90% du marché mondial.

Le silicium amorphe : son rendement est bien inférieur à ceux des siliciums cristallins (6%) et son coût est inférieur.

Les cellules photovoltaïques sont fabriquées dans des plaquettes de silicium, qui sont très fines. Une cellule est ronde ou carrée. Elle fait environ 200 cm2, de 0,2 à 0,4 mm d’épaisseur et correspond à ½ volts, sous environ 5 ampères. Les cellules sont interconnectées en série, soit le plus souvent en série de 36, soit 18 V (de nos jours, ce sont plutôt des séries de 72, pour atteindre une tension de 36 volts). Le silicium provient essentiellement des chutes de l’industrie électronique. L’industrie photovoltaïque se développe et depuis 2001. On peut penser que les voies du futur appartiennent de plus en plus à la technologie en couches minces.

9

Source : Université Nantes (LAMP), www.cea.fr, www.hespul.org, et www.photeus.info CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 6/23


Cellules couches minces poly cristallines (de type CdTe, CIS10) La cellule couche mince est une alternative à la cellule silicium cristallin (c-Si). Son objectif est de produire des rendements similaires à ceux de la cellule silicium cristallin à moindre coût. La technologie en couche mince est une solution très attractive pour les cellules photovoltaïques, grâce à : •

La faible consommation de matière,

L’élaboration directe du matériau par techniques de dépôt usuelles sur un matériau support de faible coût comme le verre, l’acier ou un polymère (sans avoir besoin d’autres étapes de mise en forme coûteuses comme le sciage).

Les rendements en laboratoire de la technologie en couche mince approchent le 20% pour des cellules de petites dimensions. Pour des modules de 60cm par 120 cm, des performances de près de 13% ont déjà été obtenues. Le process de l’industrie des cellules en couches minces est très proche de celles du verre et même du packaging alimentaire. Pour fabriquer une cellule, plusieurs couches minces sont disposées sur une plaque de verre. Les cellules sont ensuite interconnectées en série pour former un module. Cellules organiques L’avenir industriel des cellules solaires à base de matériaux organiques ou de polymère (matières plastiques) n’est pas encore établi. Mais cette technologie ouvrirait la voie à des modules de très faible coût. Les cellules organiques présentent également d’autres avantages : • • • • •

matière première illimitée, facilité de mise en œuvre, technologies basse température, grandes surfaces, dispositifs souples...

La recherche et développement porte donc aujourd’hui sur ces matériaux moins coûteux. En 2005, l’efficacité globale des cellules photovoltaïques organiques restait encore faible, inférieure à 5%.

10

CdTe : tellurure de cadmium ; CIS : (CuInSe2) diséléniure de cuivre et d’indium CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 7/23


1.7 – Un croissance à deux chiffres : le marché du photovoltaïque11 Production mondiale de panneaux photovoltaïques Selon la revue américaine PV News, 1727 MWc12 de cellules photovoltaïques ont été produits au cours de l’année 2005, soit une augmentation de 44.5% par rapport la production réalisée au cours de l’année 2004 (1195 MWc). Evolution de la production mondiale de cellules photovoltaïques (en MWc) de 1993 à 200413

De 1999 à 2004, la croissance annuelle mondiale a été supérieure à 30%.

Taux de croissance de la production mondiale de cellules photovoltaïques de 1998 à 2005 : 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 +29% +44.3% +39.1% +38.9% +36% +57.4% +44.5%

En 2004, la production de panneaux photovoltaïques (près de 1200 MW) a généré un chiffre d’affaires de plus de 7 milliards d’euros. (SER) Répartition du chiffre d’affaires en 2004 Japon 52%

Europe 26%

Etats-Unis 11%

11

Reste du Monde 11%

Source : Université de Nantes (UFR LAMP) et EPIA (European Photovoltaic Industry Association) Le watt crête est une référence qui correspond à une puissance nominale délivrée par un générateur photovoltaïque dans les conditions de fonctionnement idéales (à midi avec un ciel clair) avec des panneaux recevant un rayonnement solaire perpendiculaire. 13 Source : EurObserv’ER 2005 12

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1.8 – Marché du photovoltaïque : les applications14 Deux marchés principaux pour des applications variées  Les électrifications autonomes (habitat isolé, électrification du tiers monde,).

Le photovoltaïque autonome est compétitif, voire sans concurrence, même si le plus grand marché potentiel, le tiers-monde, est difficilement solvable (On paye d’abord le prix du stockage de l’énergie). L’énergie photovoltaïque est dès maintenant sans concurrence là où le réseau n’existe pas actuellement, soit pour 3 milliards d’habitants. Trois raisons justifient cet avantage sur les autres solutions : • L’économie d’un réseau (la mise en place d’un réseau est très coûteuse). Le photovoltaïque révolutionne la distribution de l’électricité en permettant de rendre autonome des maisons, des villages, des équipements techniques. • Le remplacement de solutions archaïques et polluantes. Dans les zones non électrifiées du tiers-monde, le photovoltaïque se substitue au carburant des lampes et aux piles chimiques des radios ou batteries des petites TV. 

Les maisons raccordées au réseau (en toit, façade,…) Tous les nouveaux toits pourraient être photovoltaïques en façade sud. La maison produit plus d’énergie qu’elle ne consomme, mais pas aux mêmes heures.

Une solution pour diminuer l’écart de prix est de rassembler trois fonctions dans le toit : la couverture, la production d’électricité, le chauffage de la maison et de l’eau sanitaire. 14

Source Patrick Jourde CEA CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 9/23


Les systèmes connectés au réseau connaissent un engouement considérable au Japon, aux Etats-Unis ou en Allemagne. De tels systèmes permettent aux particuliers, collectivités ou aux entreprises de produire de l’électricité d'origine renouvelable pour une réinjection sur le réseau ou pour une consommation locale. Principe de fonctionnement

Marché mondial par application15 Application

Marché en 2004 en MWc

Croissance par rapport à 2003

Électrification des produits

70

+9%

Sites isolés

175

+9%

Communications

80

+9%

Raccordés au réseau

630

+ 59 %

Prévision du marché du photovoltaïque, horizon 202016     

15 16

54 000 MWp de production par an, 2,3 million d’emplois, 75 milliards d’€ de CA, 82 millions de clients sur réseau, 1 milliard de clients hors réseau.

Réf. Renewable energy world - July 2005 Source : Université Nantes (UFR LAMP, présentation de John Kessler) et EPIA CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 10/23


1.9 – L’industrie mondiale du photovoltaïque en 2005 Les entreprises productrices leaders sur le marché mondial en 2005 La production est dominée par le Japon, les USA et l’Europe. Les filiales de pétroliers ont un rôle important. Globalement les leaders sont soit de grands électroniciens, soit des pétroliers. Parmi ces leaders, rares sont les entreprises entièrement dédiées aux activités de développement de l’énergie photovoltaïque (exemple : Q-cells). Les douze premiers fabricants sur le marché mondial du photovoltaïque en 2005 (MWc)17 Entreprises

2004

2005

Sharp (J) Q-cells (A) Kyocera(J) Sanyo (J) Mitsubishi (J) Schott Solar BP Solar (GB/USA) Suntech (C) Motech (Taïwan) Shell Solar (P-B / A) Isofoton (E) Deutsche cell (A) Autres industriels18 Total

324 75 105 65 75 63 85 28 35 72 53 28 187 1195

428 160 142 125 100 95 90 80 60 59 53 38 297 1727

Croissance en % 32.1% 113.3% 35.2% 92.3% 33.3% 5.08% 5.9% 185.7% 71.4% -18.1% 0% 35.7% 58.8% 44.5%

Part de marché 2005 24.8% 9.3% 8.2% 7.2% 5.8% 5.5% 5.2% 4.6% 3.5% 3.4% 3.1% 2.2% 17.2% 100%

En 2005 parmi les cinq premiers fabricants figurent quatre entreprises japonaises, soit une de plus qu’en 2004, avec la montée de Sanyo au 4ième rang. •

Sharp, groupe électronicien japonais, a commencé ses activités de R&D liées à l’énergie solaire en 1959, et celles de production de panneaux en 1963. En 2005, Sharp a réalisé des ventes record de panneaux photovoltaïques (428 MWc), se positionnant ainsi comme premier fabricant au monde (24.8% de part de marché). Sharp est la seule compagnie mondiale à générer un chiffre d’affaires de plus d’un milliard de dollars dans son activité solaire.

Kyocera a démarré ses activités liée à l’énergie solaire au milieu des années 1970. La société Kyocera Fineceramics GmbH est une filiale à 100% de la Kyocera Corporation au Japon et son siège se trouve en Allemagne. En 2005, Kyocera est le troisième fabricant mondial (8,2%.de part de marché).

Suntech Power à été créé en janvier 2001. En 2005, Suntech Power, entreprise chinoise au 8ième rang mondial des fabricants de cellules photovoltaïques, ne détenait qu’une part faible du marché (4,6%). Mais l’entreprise a atteint un taux de croissance de 185.7% entre 2004 et 2005.

17

Source : Revue américaine « PV News », mars 2006, tiré du « Baromètre photovoltaïque 2006 » Observatoire des énergies renouvelables 18 Dont la société Photowatt à Bourgoin Jallieu (38 – France) - http://www.photowatt.com CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 11/23


Cela laisse supposer qu’elle continuera son développement jusqu’à atteindre probablement une des premières places mondiales sur le marché du photovoltaïque. Production européenne En 2005, l’industrie photovoltaïque européenne, grâce à la progression du marché allemand, a pu maintenir sa part dans la production mondiale à hauteur de 26.2% (26.3% en 2004), soit 452 MWc. L’Europe est la deuxième région géographique productrice de cellules photovoltaïques dans le monde, derrière le Japon (48.2%) et devant, la Chine et Taïwan (11.6%) et les Etats-Unis (8.9%). L’exemple d’une entreprise allemande : Q-cells Q-cells, entreprise allemande, a été créée en 1999. En 2001, elle employait 19 personnes. Chaque année elle a acheté une usine de fabrication de modules clé en main. En 2005, elle employait 767 personnes, son chiffre d’affaire s’est élevé à 300 millions d’euros et son bénéfice a atteint 40 millions d’euros. En 2005, Q-cells est le deuxième fabricant de panneaux photovoltaïques au niveau mondial (9.3% de part de marché). Son taux de croissance entre 2003 et 2004 s’est élevé à 113.3%. Production Française En septembre 2003, le SER19 prévoyait une production française de 20 MW de panneaux photovoltaïques en 2004, soit 4.4% de la production européenne, et la réalisation d’un objectif 60 MW de production en 200720. En 2004, l’industrie française exportait 95 % de sa production de cellules photovoltaïques. Cette position est aujourd’hui menacée, étant donné : • •

La politique volontariste de développement de la filière photovoltaïque par les industries étrangères, L’absence de volonté de créer un marché domestique.

L’exemple d’une entreprise française : Photowatt international SA Photowatt International SA, entreprise française, a été créée en 1979. En 1997, elle a été rachetée par le groupe canadien ATS. En 2004, l’entreprise était le douzième fabricant mondial de panneaux photovoltaïques (2.2% de part de marché). En 2004, Photowatt International SA employait 350 collaborateurs sur le site de Bourgoin-Jallieu. Les canadiens projettent à terme de délocaliser l’entreprise dans les pays de l’Est. La France risque donc de perdre la seule activité de production liée au photovoltaïque.

19 20

Syndicat des Energies Renouvelables Sachant que l’ouverture du marché de l’électricité aux particuliers sera effective au 1er juillet 2007. CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 12/23


Néanmoins, en septembre 2005, Total Energie (filiale à 35 % de Total et à 45 % du Groupe EDF) a installé sa filiale Tenesol Technologies (filiale à 100% de Total Energie) à Toulouse. Tenesol Technologies est propriétaire de l’usine de production de panneaux solaires photovoltaïques (technologie du silicium cristallin). Cette usine devrait avoir une capacité de production de 15 MW par an, soit plus de 3% de la production européenne estimée de panneaux solaires en 2005, et permettre la création d’environ 70 emplois21. 1.10 – Puissance photovoltaïque installée et production d’électricité d’origine solaire Puissance installée cumulée en énergie photovoltaïque en 2005 et prévue en 201022 Régions Europe Etats-Unis Japon Autres Total

2005 1793 MWc NC NC NC NC

Cible 2010(MWp23) 3 000 2 140 5 000 1 200 11 340

• Selon Solarbuzz24, la puissance mondiale installée en photovoltaïque a atteint le chiffre record de 1 460 MW au cours de l’année 2005, représentant une progression de 34% par rapport à l'année précédente. En 2004, la production mondiale d’électricité d’origine solaire25 était estimée à 3.2 TWh, soit une augmentation de 16% par rapport à 2003. Production mondiale d’électricité en 2004

Le solaire contribue à la production mondiale d’électricité (≈17386 TWh) à hauteur de 0.02% et à la production d’électricité d’origine renouvelable (≈3157 TWh) à hauteur de 0.1%26. Selon l’Epia et l’EUREC, le photovoltaïque atteindrait 26% de la production mondiale d’électricité en 2040. 21

Source : www.actu-environnement.com et www.tenesol.fr Source : John Kessler, Université de Nantes – UFRR LAMP 23 MWp : Mégawatt pic : unité de mesure des modules produits et vendus 24 Solarbuzz, consultant américain spécialisé dans le domaine de l'énergie solaire. 25 L’énergie solaire regroupe le solaire thermique et le solaire photovoltaïque. 26 L’hydraulique est celle qui contribue le plus largement à la production d’électricité mondiale d’origine renouvelable (90.4%). 22

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Puissance installée en Europe A la fin de l’année 2005, le parc photovoltaïque installé en Europe s’élevait à 1793 MWc. Au cours de l’année 2005, 645,3 MWc de cellules photovoltaïques ont été installés dans les Pays de l’Union Européenne, soit une augmentation de 18.2% par rapport à la quantité installée en 2004 (546 MWc). Les 4 premières puissances photovoltaïques installées de l’Union Européenne au cours de l’année 200527 Total ≈645

Allemagne 603

Espagne 20.2

France ≈6.4

Italie 5

Au cours de l’année 2004, l’Allemagne installait 363 MW et la France 6 MW. En 2005 l’Allemagne était encore le premier du marché photovoltaïque de l’Union Européenne, avec le chiffre provisoire de 603 MWc installés. Comparaison de la tendance actuelle de la puissance européenne installée avec les objectifs du Livre Blanc28 (en MWc)29

Objectifs du Livre Blanc

Tendance actuelle

Si le marché allemand se maintient aux environs de 600 MWc de panneaux photovoltaïques installés et si l’approvisionnement en silicium de l’industrie photovoltaïque est garantit, l’Union Européenne pourrait atteindre l’installation de 6000 MWc par an en 2010, dépassant largement l’objectif des 3000 MWc installés en 2010 (Livre Blanc).

27

Chiffres provisoires. Source : EurObserv’ER En 1997, le Livre Blanc de l’Union Européenne a établi une stratégie et un plan d’actions communautaires relatifs aux énergies renouvelables. 29 Source : EurObserv’ER 28

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1.11 – Puissance installée et production d’électricité d’origine photovoltaïque en France30 En 2004, le parc solaire photovoltaïque français s’élevait à 27.7 MW. Au cours de l’année 2004, en France 6 MW31 de panneaux photovoltaïques étaient installés, commercialisés et en maintenance, soit moins de 1% de la puissance européenne installée. Puissance installée et cumulée (en MW) en France de 2003 à 2004

Raccordés au réseau En site isolé Total

Puissance installée cumulée 2003

Puissance installée cumulée 2004

Puissance installée en 2004

4.4

9.9

5.5

17.3 21.7

17.8 27.7

0.5 6

Au cours de l’année 2004, les installations en site isolé ont été très faibles (0.5 MW). Ces installations ne constituent plus un marché en France. Aujourd’hui, une maison en France métropolitaine ayant une installation photovoltaïque de 2 à 3 kW sur son toit peut produire en moyenne 3000 kWh par an, soit la consommation d’électricité (hors chauffage et eau chaude sanitaire) d’une famille de quatre personnes vivant sous ce toit. Le plan Face Sud32 A l’horizon 2010, le plan Face Sud, proposé par les parlementaires dans le projet de loi d’orientation sur l’énergie fixe un objectif de 50 000 toits solaires photovoltaïques équipés par an. Cela correspondrait à une puissance installée de 100 à 150 MW. Incitation financière33 En France, le dispositif d'incitation financière : 1 - réduction crédit d'impôt de 50 %, 2 - augmentation de 50% du tarif de rachat de l'électricité aux particuliers, et doublement du tarif de rachat pour les installations collectives, tertiaires et industrielles, annoncé pour 2006, autorisera sans doute la mise en œuvre de systèmes de production d'énergie solaire dans des conditions économiques favorables.

30

Source : SER Dont environ 3 MW en métropole et le reste dans les DOM TOM ; dont 0.5 MW installés pour servir les sites isolés et 5.5 MW pour servir le réseau. 32 Le Plan « Face Sud » est un des mécanismes institués par la loi d’orientation énergétique de juillet 2005. 33 Les tarifs d'achat sont revus à la hausse soit 22,5 centimes d'euros pour les particuliers et 30 centimes pour les installations collectives. 31

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1.12 – Evolution des coûts et des prix En 2000, le cout d’un KWh produit par des installations photovoltaïques oscille entre 60 et environ 30 centimes d’euros. Perspectives d’évolution du coût du kWh jusqu’en 204034

Ensoleillement type du Nord de l’Allemagne Ensoleillement type du Sud de l’Italie

Coût de production d’origine photovoltaïque

Coût d’une production énergétique supplémentaire (ex : Cordemais)

Coût d’une production d’énergie continue (charbon, nucléaire…)

Cette projection sur 40 ans laisse supposer qu’en 2020 les coûts d’un kWh d’origine photovoltaïque en Europe seront égaux à ceux d’une production assurant des besoins énergétiques supplémentaires. D’ici à 2050, le coût de l’électricité photovoltaïque devrait rapidement être divisé par 1035. Dès 2040, le photovoltaïque serait économiquement et plus qu’écologiquement compétitif avec les énergies produisant aujourd’hui de l’électricité en continu, soit les énergies fossiles, le nucléaire… Cette comparaison doit tenir compte des délais de réalisation des installations. Une nouvelle centrale nucléaire, comme l’EPR, commence à produire environ 10 ans après avoir la prise la décision de sa construction. Une installation photovoltaïque n’en produit qu’au bout de quelques mois. Evolution des prix des modules et des systèmes en euros par WC Evolution prévue Modules €/Wc Systèmes €/Wc

2005 3 5

2010 2 3

34

2020 ≈1 2

2030 0,5 ≈1

Le graphique s’appuie sur l’hypothèse d’une poursuite des tendances observées ces deux dernières décennies, c’est à dire une croissance continue du marché du photovoltaïque de 30% par an. Les chiffres du graphique sont estimés hors subventions. 35 Source : DGEMP CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 16/23


1.13 – L’industrie du photovoltaïque : une opportunité pour la création d’emplois Dans le monde Aujourd’hui l’industrie photovoltaïque mondiale36 représente environ 43000 emplois. Selon EPIA, en 2020, le photovoltaïque pourra engendrer 2,3 millions d’emplois dans le monde. Cette prévision est avancée sous les hypothèses de 28% de taux de croissance jusqu’en 2010 et de 35% jusqu’en 2020. Aujourd’hui, le taux de croissance de la production de modules photovoltaïques est nettement supérieur (2003-2004 : +57.4 % ; 2004-2005 : +44.5%). Nombre d’emplois créés par MW en termes de production, d’installation et de maintenance en 2005 et en 2010/2020 2005 17 30 1 43000

Production Installation maintenance TOTAL

2010/2020 10 ou 15 26 2 6 2,3.10 (2020)

Le nombre d’emplois dans le secteur d’activités lié au photovoltaïque (recherche, production, …) va augmenter à l’avenir. La création d’emploi en maintenance de cette filière se mesure au MW installé. C’est sans doute le type d’emploi qui connaitra la plus forte augmentation. A mesure que l’industrie du photovoltaïque grandira, les emplois en termes de production et d’installation diminueront, corrélé à cela le fait que les usines seront de plus en plus automatisées. En Europe Selon le Syndicat des Energies Renouvelables (SER), au début de l’année 2005, en Europe, la filière photovoltaïque représentait environ près de 15000 emplois. Quelques chiffres européens concernant les emplois de la filière photovoltaïque en 200437 Europe 15 000

Allemagne 9 000

Espagne 4 02038

France 1 000

Le livre blanc de l’Union Européenne, recommande d’atteindre 500 000 toits solaires en Europe en 2010. C’est un volume d’activité qui représenterait près de 60 000 emplois.

36 37 38

Source : SER, EPIA (European Photovoltaic Industry Association) Source : SER (Syndicat des Energies Renouvelables) Source : Asif (Association des industriels photovoltaïques espagnole) CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 17/23


Scénarios de création d’emplois39 en Europe entre 2000 et 201040 Scénario 1

Scénario 2

Poursuite de la tendance de développement de la filière photovoltaïque actuelle

Tendance plus volontariste

9 000 emplois en 10 ans

31 000 emplois en 10 ans

En France Selon le SER, en 2004, en France, l’industrie photovoltaïque représentait 1000 emplois directs, équivalent temps plein, avec une perspective prudente de 2500 emplois supplémentaires en 2010 (chiffre qui pourrait être multiplié par cinq en cas de politique plus volontariste).



39

Hors emplois industriels Source: Rapport MITRE (Monitoring and Modelling Initiative on the Targets for Renewable Energy) de 2003 commandité par la Commission Européenne 40

CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 18/23


Deuxième partie - Débat 2.1 – L’énergie solaire, moteur de développement économique ?

Le potentiel de l’énergie solaire est énorme et peut être un moteur de développement économique. Au niveau du marché mondial, le photovoltaïque est en pleine croissance avec un taux de croissance de 30 à 40 % par an. Selon le livre blanc41 sur les sources d’énergies renouvelables, 100 millions de m² de capteurs solaires seront installés en Europe d’ici 2010. En circulant sur les petites routes du sud de l'Allemagne, il est impossible de ne pas remarquer ces panneaux aux reflets bleutés. Sur un trajet d'une centaine de kms, ce sont des centaines de m² qui sont installés. En effet, en Allemagne le secteur a réalisé plus d’un milliard d’euros et créé plus de 5000 emplois en 2004. Dans 20 ans, au niveau mondial, le chiffre d’affaires devrait dépasser les 75 milliards d’€ (voir 100 Mds €), somme comparable à la fabrication actuelle de semi-conducteurs. Rappel : prévision du marché du photovoltaïque, horizon 202042     

41 42

54 000 MWc de production par an, 2,3 million d’emplois, 75 milliards d’€ de CA, 82 millions de clients sur réseau, 1 milliard de clients hors réseau.

Commission européenne Source : Université Nantes (UFR LAMP, présentation de John Kessler) et EPIA CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 19/23


2.2 – La création d’un pôle « Energies nouvelles » en Loire Atlantique ? Dans le rapport « Pour une nouvelle politique industrielle 43», le domaine de la technologie photovoltaïque fait partie des « programmes potentiels identifiés » dans le domaine de des énergies (avec les bio carburants et l’éolien). Les critères évoqués dans le rapport sont les suivants :   

Produits marchands (forte demande), Marché mondial (forte croissance), Filière capable d’impliquer des industriels (partenariat).

et

des

laboratoires

Suite à ce rapport, les industriels soulignent l’extrême urgence à soutenir cette filière. Création d’un « Pôle Energies Nouvelles » ? Compte tenu des compétences scientifiques et industrielles44 présentent sur son territoire, le développement d’une filière « énergies renouvelables » pourrait être un axe de développement économique et de création d’emplois pour la Loire Atlantique. Exemple du site MicroTechpark45 (au nord de Leipzig - Saxe) • Le MicroTechpark de Thalheim, au nord de Leipzig, devrait devenir, dans les prochaines années, le principal centre européen de production de cellules solaires. • Ainsi, en 2006, 500 nouveaux emplois vont être créés, et à terme, la région de Thalheim devrait bénéficier d’environ 5 000 emplois.

La Loire Atlantique peut elle s’inspirer de cet exemple pour accompagner et favoriser la mise en place d’un « Pôle Energies Nouvelles » ?

Compétences présentes et Projets en cours sur le territoire de la Loire Atlantique46 ⌦ Voir tableau page suivante.

43

www.ladocumentationfrancaise.fr - source « Pour une nouvelle politique industrielle » rapport de Jean Louis BEFFA – janvier 2005. 44 Voir page suivante : Tableau des compétences et des projets en cours sur le territoire de la Loire Atlantique 45 Les entreprises présentent sur le Micro Techpark sont QCells AG, un des cinq leaders mondiaux de l’industrie solaire, qui produit depuis 2001 à Thalheim des cellules solaires multi et monocrystalline* de haute performance, la société CSG Solar AG (une société allemande d’origine australienne disposant de la technologie brevetée Crystalline Silicon on Glass-CSG), et la société EverQ GmbH, joint venture de QCells AG et du fabricant américain de cellules solaires Evergreen Solar Inc..À Thalheim, CSG Solar AG produit des modules solaires de 1,4 m² et EverQ GmbH, des plaques, cellules et panneaux solaires distribués dans le monde entier. 46 Projets et compétences identifiés au 4 mai 2006 – ce tableau est indicatif et sera complété au fur et à mesure de notre connaissance CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 20/23


Compétences présentes et Projets en cours sur le territoire de la Loire Atlantique47

Compétences en Recherche et Développement Ecole Supérieure du bois

L'Institut de Recherche en Communications et Cybernétique de Nantes (IRCCyN)

Ecole des Mines

Laboratoire commun EM, Université et Enitiaa

Grands Opérateurs énergies

Laboratoire de mécanique des fluides

EDF TOTAL GDF

*

*

Etudes

Port Autonome

Altech

*

Intensité de la réalisation des projets

*

Prin. a

* *

Accompagné par Atlanpole et partenaires

ECN

Diester

Altech

Cargill

Chantiers de l’Atlantique,

SEAREV

DCN

*

* *

*

*

Hydrogène

*

Logistique et transport

RTE

TOP 5 en terme d’ équipement en Europe

*

Eolien

47

Laboratoire des matériaux photovoltaïque s

*

Energie de la houle

Biomasse

Ecole Centrale de Nantes

Noms des projets identifiés

Compétences industrielles

GPEA

Photovoltaïque

Université de Nantes

Entreprises et Bureaux d’études

MHS Et d’autres présentent sur le territoire : à identifier

* *

Re

*

Power Mission Hydrogène

V-BOB

DIESTE R

Projets et compétences identifiés au 4 mai 2006 – ce tableau est indicatif et non exhaustif. (voir aussi tableau « Sujets de recherche des écoles et laboratoires en Loire-Atlantique » document de synthèse

N°6.1 sur «L’hydrogène, un vecteur énergétique stockable» – Conseil de Développement Départemental) CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 21/23


2.3 – Pays de la Loire, photovoltaïque et accompagnement financier L’ADEME et le Conseil régional des Pays de la Loire ont favorisé par des aides l’installation d’environ 5000 m² de capteurs photovoltaïque et environ 10 000 m2 de capteurs dans les dispositifs solaires thermiques depuis ces 3 dernières années. Le marché régional connaît une relance et est actuellement sur une courbe exponentielle. Mais il faut rester « militant » car le coût de l’installation et la rentabilité de l’installation ne sont pas encore au « rendez vous ». D’où la nécessité d’un taux de subventions néanmoins élevé pour pouvoir en tous cas déclencher le mouvement, relayer maintenant par des mesures fiscales48 qui vont remplacer les dispositifs d’aide régionaux. Action de l'ADEME Dans l'optique de développer des bâtiments à énergie positive, l'énergie solaire, en particulier photovoltaïque, aura un rôle essentiel à jouer. La toiture ou la façade d'un bâtiment peut contribuer à couvrir une part substantielle des consommations de ce bâtiment. Les projections de baisse de coûts due aux matériaux laissent prévoir la rentabilité de cette technologie après 2015 par rapport à l'électricité de pointe. Cette échéance peut être avancée par l'intégration du photovoltaïque en tant que composant du bâtiment. L'ADEME soutient la recherche et le développement sur les matériaux photovoltaïques avec l'objectif d'en améliorer les performances énergétiques et environnementales et les coûts de production, tant sur le silicium cristallin que sur les couches minces ou les matériaux de 3ème génération. D’autre part, l’ADEME veille à l'intégration de ces matériaux dans des produits du bâtiment. 

CODELA – CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 2, Quai de Versailles – BP 44621 - 44046 Nantes cedex 1 Fax : 02 40 48 14 24 –  : 02 40 48 48 00 48

Incitation financière : en France, le dispositif d'incitation, réduction crédit d'impôt de 50 %, augmentation de 50% du tarif de rachat de l'électricité aux particuliers, et de doubler le tarif de rachat pour les installations collectives, tertiaires et industrielles annoncé pour 2006 autorisera sans doute la mise en œuvre de systèmes de production d'énergie solaire dans des conditions économiques favorables. CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 22/23


ANNEXE 749 Bilan du marché français continental des générateurs photovoltaïques

Raccordés au réseau en 2004

Bilan du marché français continental des générateurs photovoltaïques

Sites isolés en 2004

  49

Source : « marché du solaire photovoltaïque en France -1992 / 2004 » - ADEME – Dép. Enr CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 23/23


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