L’emploi de l’énergie solaire reste relativement rare en Europe, mais l’installation de systèmes photovoltaïques connaît une augmentation rapide malgré des coûts élevés et une offre insuffisante. Cela s’explique par la demande de systèmes connectés dans les pays qui proposent des tarifs avantageux pour l’électricité «verte» injectée dans le réseau. Avec la perspective d’une baisse des coûts et l’adoption de régimes tarifaires plus favorables, l’électricité solaire peut compter sur une poursuite des investissements et de la croissance.
Publication: juin 2006
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Pour toutes les formes de vie sur terre, le soleil est la principale source d’énergie, dont l’apport régulier et prévisible peut atteindre 1,35 kW par mètre carré de la surface de la planète. La technologie photovoltaïque (PV – littéralement «lumière-électricité»), qui permet d’exploiter cette ressource omniprésente, a été développée pour la première fois dans les années 1950 pour des applications spatiales.
Mais malgré des investissements dans la recherche pour augmenter le rendement et une diminution considérable des coûts, les panneaux solaires sont encore relativement rares sur les toits des maisons et des immeubles d’Europe. Quels sont les obstacles qui découragent un usage plus répandu de cette technologie et comment peut-on y remédier?
Croissance du marché en Europe
En fait, les chiffres de l’année 2005 attestent d’une croissance rapide du marché européen pour les systèmes photovoltaïques. Selon le Baromètre photovoltaïque EurObserver(1), l’installation de cellules solaires dans toute l’Union européenne en 2005 représente une capacité de près de 645 MW – soit une augmentation de plus de 18 % par rapport à 2004. La capacité installée totale en Europe est estimée à 1 793,5 MW, ce qui équivaut aux besoins électriques de 600 000 ménages. L’Allemagne occupe le premier rang en Europe comme dans le monde avec quelque 600 MW installés.
Cette croissance aurait pu être encore plus forte si la production globale n’était pas limitée par la pénurie persistante du matériau de base de la plupart des technologies PV: le silicium. Bien qu’il s’agisse de l’un des éléments les plus abondants sur terre, l’approvisionnement en silicium à haut degré de pureté pose des difficultés depuis la fin des années 1990.
L’approvisionnement en silicium
Le problème de l’offre insuffisante découle du fléchissement observé dans l’industrie informatique à la suite de l’éclatement de la bulle «point.com». Le principal débouché du silicium à haut degré de pureté réside dans les applications informatiques: 99 % des plaquettes de silicium servent à la fabrication de microprocesseurs. La part de la production totale destinée aux modules PV représente seulement 1 à 2 %.
Avec l’effondrement de la demande émanant de l’industrie informatique, le prix du silicium est descendu au-dessous du coût de production. Certains fournisseurs se sont complètement retirés du marché, tandis que d’autres ont réduit leurs investissements dans de nouvelles installations.
Toutefois, l’industrie des microprocesseurs n’a pas tardé à relever la tête, semant la pagaille dans l’offre et la demande de silicium, où l’ordre a mis du temps à revenir.
De gros investissements
La construction d’une usine de silicium compétitive exige des investissements considérables. Pour être viable, elle doit avoir une capacité de production d’au moins 5 000 tonnes, ce qui représente un coût d’environ 450 millions €. A la fin de l’année 2005, la production mondiale de silicium atteignait 30 000 tonnes. Il en faudrait 20 000 à 25 000 de plus pour répondre à la demande croissante du secteur PV en 2006!
Selon Michel Viaud, secrétaire général de l’Association européenne de l’industrie photovoltaïque (EPIA), cette pénurie a contraint l’industrie à se montrer plus innovante. «La situation dans laquelle se trouvent les fournisseurs a incité l’industrie PV à envisager de nouvelles technologies comme les systèmes à film mince ou sans silicium, et à investir davantage dans la recherche. Elle a aussi optimisé son utilisation du silicium. Dans les technologies conventionnelles, l’épaisseur moyenne des plaquettes de silicium était de 300 microns en 2004 et nous sommes à présent à 200 microns», explique M. Viaud.
«D’autres sources innovantes de silicium commencent à apparaître», poursuit-il. «Des possibilités nouvelles entrent en ligne de compte, comme le silicium métallurgique. Le résultat net sera une stabilisation des prix du silicium à mesure que l’offre et la demande s’équilibreront.»
La baisse des coûts du matériau et l’introduction d’autres innovations dans la chaîne de fabrication devraient ramener le prix d’achat de l’énergie PV à un niveau concurrentiel par rapport au tarif de la production conventionnelle d’électricité durant les pointes de consommation. C’est particulièrement vrai pour les pays d’Europe méridionale, où les pointes correspondent à la saison «climatisée», en été – quand la production conventionnelle d’électricité tourne à plein rendement alors que la capacité PV est à son maximum.
L’exemple allemand
L’intérêt des systèmes PV est qu’il s’agit d’une technologie passive et d’une des rares sources d’énergie renouvelable qui puisse être exploitée dans un milieu urbain – où se situe l’essentiel de la consommation. Tous les endroits conviennent pour autant que la lumière du jour y parvienne.
«Il ne faut pas nécessairement qu’il fasse plein soleil», dit M. Viaud. «Les systèmes PV fonctionnent quand il y a des nuages. Leur production est entièrement prévisible, contrairement à certaines autres technologies énergétiques renouvelables, et leur impact sur le paysage est minimal.»
C’est aussi une technologie très appréciée du public, surtout si les conditions du marché s’y prêtent. L’adoption de tarifs innovants pour l’électricité injectée dans le réseau, qui permet aux particuliers de vendre leur énergie en surplus à d’autres utilisateurs (voir encadrés), a encouragé les investissements privés dans la technologie PV. Le succès de ce modèle allemand l’a fait adopter en Espagne, en Italie et dans d’autres pays.
«Pour généraliser l’utilisation des technologies solaires, comme l’énergie photovoltaïque ou héliothermique, il est crucial que le contexte politique soit favorable», affirme Jennifer McIntosh, responsable des relations publiques à la Société internationale pour l’énergie solaire (ISES). «D’autres pays, notamment les nouveaux Etats membres, devraient prendre exemple sur ceux où le marché solaire est en pleine expansion pour élaborer leur propre politique en faveur des énergies renouvelables.»
Michel Viaud estime que le système allemand présente des avantages pour les particuliers comme pour la société. «L’utilisateur privé rentabilise ses investissements ‘verts’, l’Etat voit la production d’énergie renouvelable augmenter sans avoir à investir lui-même, et la société bénéficie de la réduction des émissions de dioxyde de carbone.» Le coût des investissements est en fait supporté par tous les consommateurs d’électricité moyennant une très légère augmentation du tarif unitaire.
Récemment, en Italie, un appel à manifestations d’intérêt pour la fourniture de 85 MW d’électricité PV a recueilli une réponse massive avec des propositions dépassant de plus de 14 fois la capacité escomptée en à peine trois mois!
«En investissant dans l’électricité solaire, les citoyens marquent clairement leur volonté de prendre en main leur avenir énergétique», dit Mme McIntosh. «L’exploitation de l’énergie solaire dans les habitations, conjointement avec une efficacité énergétique maximale et une utilisation optimale des ressources locales, contribuera à réduire les émissions de gaz à effet de serre et la consommation énergétique dans le secteur du bâtiment.»
Un avenir brillant
Au vu de la demande, de la pression croissante en faveur des énergies renouvelables, et de la tendance à la baisse des coûts de la technologie solaire, couplée à une augmentation du prix des sources d’énergies conventionnelles, on peut prédire un avenir brillant à la technologie PV et aux secteurs d’activités associés, comme l’installation des panneaux.
M. Viaud pense que l’industrie PV dépassera l’objectif des 3 000 MW installés que l’Union européenne s’est fixée pour 2010, et atteindra même le double. Selon certaines prévisions, le potentiel de la technologie lui permettrait de fournir jusqu’à 25 % de la production d’électricité dans le monde d’ici 2040.
Electricité personnelle Alberto Visentin travaille à l’Office européen des brevets, à Berlin, et les premiers brevets sur la technologie PV dont il s’est occupé remontent à plus de 20 ans. Il est aussi l’heureux propriétaire de sa propre centrale électrique. «J’ai une installation de panneaux solaires sur le toit de ma maison à Berlin», explique-t-il. «Elle génère 2 kW durant la journée, et grâce au système allemand de rachat de l’électricité injectée dans le réseau, je peux vendre sa production quand je ne suis pas chez moi.» Les revenus qu’il en retire (plusieurs centaines d’euros par an) font des quelques milliers d’euros qui constituent l’investissement personnel de M. Visentin un placement sain, aussi bien en termes économiques qu’environnementaux – le rendement est supérieur aux intérêts que cet argent lui aurait rapporté s’il l’avait laissé à la banque. «L’incitation financière ne peut que favoriser l’adoption de la technologie PV», assure-t-il. |
La dimension nordique Coordonné par la société suédoise NCC Construction Sverige AB, le projet PV-NORD réunissait des partenaires de la chaîne de valorisation du secteur du bâtiment dans la région nordique et des entreprises spécialisées dans les systèmes photovoltaïques. Bien que les cellules PV puissent être aussi efficaces en Suède qu’en Espagne, les exemples de leur utilisation sont peu nombreux dans les pays nordiques. Le projet a examiné huit systèmes PV intégrés aux bâtiments (BIPV) pour mieux cerner les freins à leur utilisation dans les nouvelles constructions ou les bâtiments remis à neuf. Les études ont montré que le coût actuel est trop élevé pour qu’une généralisation des systèmes BIPV puisse être une alternative réaliste sur le marché énergétique ouvert. Toutefois, d’autres critères pourraient prendre le pas sur ces considérations : le choix des systèmes BIPV envoie un message environnemental positif et, combiné à une esthétique largement acceptée, cela peut contrebalancer les aspects économiques. |
Accepter les systèmes PV Le projet germano-italien PVACCEPT s’axe sur l’intégration de l’ancien et du nouveau. Une étude d’acceptabilité initiale, menée avec les autorités locales, les administrations des monuments et sites, et les services de promotion du tourisme dans des lieux de villégiatures appréciés, a fait ressortir une certaine familiarité avec la technologie PV, mais aussi des réticences d’ordre esthétique. Pourtant, un design approprié pourrait favoriser une intégration réussie de systèmes PV dans des monuments historiques ou anciens. Sur la base de ces constatations, PVACCEPT a imaginé une série de prototypes de panneaux solaires. Trois hauts lieux du tourisme en Italie et un en Allemagne, notamment le «Castello Doria» de Porto Venere – un site classé au patrimoine mondial de l’UNESCO –, ont été sélectionnés comme sites de démonstration. Chacun avait des caractéristiques qui nécessitaient le développement de solutions individuelles. Les installations PV ont clairement démontré la possibilité d’intégrer des éléments de haute technologie dans des cadres historiques existants de manière sensée et appropriée. Certains panneaux et modules développés sont aujourd’hui produits sur commande par Würth Solar, l’un des partenaires du projet. |
Des investissements privés sur des bâtiments publics Le conseil municipal de Berlin souhaite contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre, mais n’a pas la possibilité de construire des éoliennes ou des centrales hydroélectriques dans son environnement urbain, et dispose de ressources financières limitées. En revanche, la ville possède environ 6 000 bâtiments municipaux, dont les toits pourraient servir à exploiter l’énergie solaire. L’unité de protection du climat de la municipalité a lancé une initiative «Toit solaire» afin d’encourager le financement par des investisseurs privés d’installations électriques solaires sur les toits de certains bâtiments municipaux. Les investisseurs peuvent bénéficier des tarifs allemands de rachat d’électricité renouvelable injectée dans le réseau, qui commencent à 0,54 € par kWh (voir «Electricité personnelle»). L’initiative passe par un site web destiné à présenter les emplacements qui se prêtent le mieux à l’installation de systèmes PV d’après les résultats d’une enquête de faisabilité. Avec ce projet, l’administration de la ville a aussi sensibilisé son personnel et les utilisateurs des bâtiments aux questions environnementales. |
L’énergie solaire : deux options renouvelables Les rayons du soleil peuvent être utilisés de deux façons pour fournir une énergie renouvelable: la production d’électricité et le chauffage de l’eau. La technologie photovoltaïque utilise des matériaux semi-conducteurs qui produisent un courant électrique en absorbant la lumière. La plupart des systèmes PV commerciaux fonctionnent avec des technologies à base de silicium. Deux d’entre elles se fondent sur des processus similaires à ceux utilisés pour la fabrication de microprocesseurs, avec des plaquettes de silicium à haut degré de pureté. Le silicium monocristallin a un excellent rendement, mais il coûte cher, tandis que le silicium polycristallin est meilleur marché mais moins efficace – et génère moins d’électricité par unité de surface. Des technologies de silicium en film mince ont aussi été mises au point pour déposer du silicium amorphe ou microcristallin sur un substrat plat de grande dimension comme une vitre. Cette technologie a l’avantage de permettre la production en série de systèmes PV à très grande superficie. D’autres technologies inorganiques à film mince utilisent des matériaux comme le diséléniure de cuivre et d’indium, qui présente le même avantage que le silicium en film mince, mais avec un meilleur rendement et pour un coût moins élevé. On a récemment développé une technologie de cellule solaire à base de polymère organique. Le rendement est faible (moins de 1 %) mais les polymères offrent un potentiel intéressant pour des applications de revêtements très bon marché, qui en faciliteraient l’intégration dans les constructions.
Les systèmes héliothermiques ne sont pas moins importants. Ils servent à chauffer de l’eau pour le chauffage central ou des systèmes de climatisation. La technologie des chauffe-eau solaires est bien développée. En 2002 la superficie de chauffe-eau solaires installés dans les Etats membres atteignait 12,3 millions de m2, avec un rythme d’installation annuel proche de 1,5 millions de m2 pour cette dernière année. Certains pays européens, comme l’Espagne, ont rendu obligatoire l’inclusion de la technologie héliothermique pour les nouvelles installations de chauffage ou le remplacement d’installations existantes. La technologie inclut des panneaux plats où des serpentins de plastique noir dans lesquels l’eau circule lentement, sur des toits orientés vers le sud. Ces systèmes héliothermiques conçus pour la production d’eau chaude ou le chauffage central fonctionnent à des températures qui peuvent atteindre 60 ºC. La climatisation solaire requiert, paradoxalement, un apport de chaleur plus important, entre 70 ºC et 95 ºC. Des capteurs à hautes performances, comme des capteurs à tubes sous vide, augmentent l’efficacité du système et sont capables de fournir une chaleur suffisante pour un refroidissement correct. Cette technologie peut trouver d’importants débouchés sur un marché en pleine croissance, surtout en Europe méridionale. |
(1) http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/observ/baro172.pdf
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