Un champ de panneaux photovoltaïques situé dans le Nevada. Crédits: David Mark

La crise de l’énergie se fait plus ressentir à cause de la guerre en Ukraine, que ce soit sur le gaz ou sur l’électricité.Les panneaux photovoltaïques font parties des alternatives pour produire du courant moins coûteux et plus écologique. Beaucoup de questions se posent, notamment sur le rendement et sur le recyclage des infrastructures.

Transformer la lumière du soleil en électricité. Voilà le but d’une installation photovoltaïque. Elle peut être utilisée pour éclairer un lieu ou faire fonctionner un appareil. Ce type d’équipement, de plus en plus commun en France, a pourtant un fonctionnement méconnu. 

Le panneau solaire est l’élément central du dispositif. Grâce aux cellules photovoltaïques contenues à l’intérieur, la lumière du soleil est captée pour la transformer en courant continu. Sur le marché, il existe deux types de panneaux : les monocristallins et les polycristallins, moins chers, mais moins performants.

Le courant continu obtenu doit ensuite être transformé en courant alternatif. C’est le rôle de l’onduleur, qui permet d’utiliser l’énergie solaire dans les habitations et par le réseau de distribution en cas de revente. Un câblage électrique vient relier chaque élément du dispositif.

Crédits: Shutterstock

La place du photovoltaïque dans le paysage énergétique français 

Selon une étude du ministère de la Transition énergétique, les énergies renouvelables ont produit 345 térawattheures en 2021, soit 19 % de la production totale d’énergie en France. Le photovoltaïque représente 4 % de cette activité. Pour rappel, en 2016, la France s’était fixée comme objectif pour l’énergie solaire d’atteindre 20 gigawatts d’ici 2023. Ce projet semble très loin d’être atteint. En 2021, le parc national n’a produit que 15 TWh (soit 13 GW). La France a déjà manqué en 2020 son objectif de consommation de 23 % d’électricité renouvelable. À cette période, elle ne représentait que 19,1 %. Un bien mauvais présage pour les 33 % de production d’énergie verte promis à l’horizon 2030. 

Par rapport à ses voisins européens, la France a beaucoup de retard sur les panneaux photovoltaïques. À l’échelle européenne, en 2021, la France est devancée par plusieurs pays. L’Allemagne (60 GW) , l’Italie (22 GW), l’Espagne (18 GW) et le Royaume-Uni (14 GW) disposent d’un parc solaire plus développé à l’heure actuelle. Au niveau mondial, la Chine, avec ses 309 GW de production d’énergie solaire, surpasse largement les pays européens.

Pour combler ce retard, le président Emmanuel Macron s’est fixé comme objectif de multiplier par 10 la capacité de production d’énergie solaire pour dépasser les 100 GW à l’horizon 2050. Ainsi, fin 2023, la puissance totale accordée au réseau photovoltaïque devrait être de 18,7 GW. Le projet de loi d’accélération des énergies renouvelables (EnR) a été présenté le 26 septembre 2022 en Conseil des ministres. Le texte prévoit de simplifier la procédure pour installer un panneau, de déployer progressivement des ombrières photovoltaïques, des sortes de toits couvrants pour voiture, sur les parkings de plus de 2 500 m², et de faciliter l’installation des projets photovoltaïques sur tous les terrains dégradés aux abords des autoroutes. 

L’État n’est pas le seul à entamer des projets. Les régions investissent également dans le photovoltaïque, surtout celles bien exposées au soleil. La Nouvelle-Aquitaine, dotée d’une puissance solaire de 3 354 mégawatts en 2021, a mis en place un fonds de 8,2 millions pour atteindre ces objectifs.

Considérée comme le premier territoire agricole français, la Région a décidé d’investir 1,1 million d’euros dans la filière agrivoltaïque. L’objectif de cette aide est triple. D’abord, investir dans le photovoltaïque permet de développer les énergies renouvelables. Ensuite, le conseil régional souhaite tirer bénéfice du rôle protecteur des panneaux pour les cultures : protéger du gel ou des rayonnements solaires par exemple. Enfin, les exploitations agricoles peuvent diversifier leurs sources de revenus en revendant le surplus énergétique gagné grâce aux panneaux. Et le photovoltaïque ne bénéficie pas qu’à l’État et aux régions.

Les Français de plus en plus nombreux à produire leur propre électricité

Selon Enedis, en 2022, la France compte 208 000 clients autoconsommateurs individuels raccordés au réseau public de distribution d’électricité. En 2015, ils n’étaient que 3000. Il y a 4 ans, René Muller, retraité alsacien, a décidé d’investir et d’installer 24 panneaux photovoltaïques pour faire des économies sur sa facture : « Mes panneaux permettent de recueillir 6 kilowatts crête (Watt crête: la puissance maximale d’un dispositif). Cependant, pour que les panneaux fonctionnent, il faut du soleil en permanence. Certes, ils peuvent marcher avec la lumière lorsqu’il fait nuageux, mais leur puissance est réduite à 3 kWc. Du 1er janvier 2022 au 31 octobre 2022, j’ai produit 8 MW. » 

En août, René a généré 90 % de sa consommation en électricité avec une production de 1,1 MWh. En octobre, avec 637,8 kWh, il a réalisé seulement 40% de sa consommation. En moyenne, la demande électrique d’une maison de 100 m² est comprise entre 13 750 et 17 550 kWh par an. 

Pour aider les Français à produire leur électricité, l’État a mis en place des subventions. Selon le ministère des Finances, il existe la prime à l’autoconsommation et une baisse du taux de la TVA. La deuxième aide est l’obligation d’achat. Elle permet de revendre le surplus d’électricité à un acheteur, comme EDF, à un prix fixé par la loi. Le contrat a une durée de 20 ans et devient actif dès que le raccordement est fait. Les tarifs changent tous les trimestres. Les prix du kilowatt-heure dépendent de la puissance de l’installation, de la modalité de vente (totale ou surplus) et des conditions d’implantation.

Des mesures peu écologiques

Le photovoltaïque possède de nombreux inconvénients. Lorsque les panneaux arrivent en fin de vie, ils deviennent encombrants pour les utilisateurs. L’une des questions qu’on se pose, c’est « Peut-on les recycler ? ».

Selon Michel Zanelli, directeur général du fournisseur Sungen, la réponse est toute trouvée : « Par rapport aux premiers panneaux, qui contenaient des matières non renouvelables, par exemple le Tellurure de cadmium (matériau hautement toxique), les panneaux actuels sont essentiellement composés de verre (75 à 80 % du panneau) , d’aluminium , de plastique , de cuivre, d’argent  et de silicium. Parmi ces composants, seuls 5 % ne sont pas recyclables. Il s’agit majoritairement de petits éléments de connectiques (câbles). Ces matériaux peuvent malgré tout être réutilisés. »

Mais le photovoltaïque entraîne surtout des risques pour les écosystèmes. Dans les Landes en Nouvelle-Aquitaine, la préfecture a pris la décision de détruire une partie e la forêt pour y construire de nouvelles installations. Ce projet est très controversé. Selon des associations écologistes, l’équivalent de 1 200 terrains de foot auraient été arrachés. Les riverains ne sont pas non plus ravis d’avoir ces encombrants voisins à côté de chez eux. Selon la préfecture, il n’y a aucun risque pour l’environnement et ces aménagements ont seulement déraciné 0,16% de la forêt landaise.

Cette déforestation « légale » pose néanmoins deux problèmes. En premier, le département des Landes est assez marécageux, avec de forts risques d’inondations. Pour y faire face, des pins ont été implantés dans cette région. Pour pouvoir vivre et grandir, ces arbres doivent pomper des centaines de litres d’eau par jour. Si on les déracine, les nappes phréatiques n’auront plus d’obstacles pour empêcher le précieux liquide de remonter à la surface.

Dernière complication : si les connectiques se révèlent défectueuses ou de mauvaise qualité ou si les panneaux sont mal installés, les risques d’incendie sont importants. Les pins sont considérés comme hautement inflammables et la moindre étincelle pourrait transformer les Landes en un véritable brasier.

Un rendement trop faible

Le rendement du panneau photovoltaïque pose aussi problème. Il correspond à la quantité d’énergie lumineuse transformée en électricité par rapport à la quantité d’énergie qui est entrée. L’énergie en tant que telle n’est pas pilotable. Pour fonctionner pleinement, les panneaux ont besoin d’une certaine exposition au soleil. La production reste intermittente : s’il n’y a pas de soleil, il n’y a pas d’électricité. Le rendement est par conséquent plus faible en hiver, alors que c’est le moment de l’année où la consommation est la plus forte. 

La zone géographique d’implantation est donc très importante. Toutes les régions ne sont pas ensoleillées de la même façon toute l’année. En Provence-Alpes-Côte d’Azur, la puissance solaire est de 1 683 MW pour 49 681 installations, alors que dans le Grand Est, elle n’est que de 954 MW pour 44 568 installations. De plus, l’aménagement doit être orienté vers le sud avec une inclinaison de 30 degrés. La production peut être affectée si l’installation se trouve sous un arbre ou cachée par des bâtiments.

D’autres facteurs peuvent influer sur le rendement, comme la puissance, exprimée en kWc, ou la technologie utilisée. Les panneaux monocristallins sont meilleurs que les polycristallins. Le premier type a un rendement qui varie entre 16 et 24 %, tandis que le deuxième navigue entre 13 et 18 %.

Les problèmes de rendement peuvent également être liés à un dysfonctionnement interne des éléments du kit solaire. Ils ont des durées de vie différentes. Celle des panneaux est d’environ 30 ans et celle de l’onduleur est seulement d’une dizaine d’années. Après un certain temps, la vitre protectrice peut se dégrader. Elle ne peut plus laisser passer correctement le soleil et cela réduit fortement la production d’électricité. Les cellules photovoltaïques peuvent aussi finir par griller : on peut l’observer avec l’apparition de taches brunes. 

En raison de ces problèmes de rentabilité, il est quasiment impossible de remplacer nos centrales nucléaires par nos panneaux photovoltaïques actuels. Selon Michel Zanelli si chaque foyer français disposait d’une installation domestique de 6 kW, la puissance installée serait de 180 GW au total, rien que pour les logements. Cela ne prend pas en compte les besoins nécessaires au secteur tertiaire ni à l’industrie. Il faudrait une puissance 20 à 30 fois supérieures si chacun avait son panneau. De plus, les modes de consommation des personnes devraient également changer, car avec ce fonctionnement, on ne pourrait plus charger son téléphone portable quotidiennement.  

Pour employer l’énergie solaire à son plein potentiel, les panneaux photovoltaïques ne sont pas forcément la meilleure solution. L’Europe a trouvé une alternative. Pour essayer de combler le manque de rendement, l’agence spatiale européenne a pour projet de construire une à plusieurs centrales solaires spatiales appelées Solaris pour capter les rayons du soleil directement dans l’espace.  

Carte ci-contre : chiffres de 2021
Crédits :  Régions-departements-france.fr

Puissance solaire par région

Pour installer des panneaux, il faut que l’ensoleillement du lieu choisi soit avantageux. En France, les régions du Sud sont plus propices à faire de l’électricité photovoltaïque. La Nouvelle-Aquitaine est assez éclairée avec un taux d’ensoleillement compris entre 2 000 à 2 200 heures par an. Elle a produit 3  354 MW en 2021. La Provence-Alpes-Côte d’Azur a également connu les beaux jours avec environ 2 600 heures d’ensoleillement par an et une production de 1  683 MW.

Au contraire, les régions du Nord sont moins éblouies par notre astre solaire. Par exemple, le Grand-Est connait entre 1 400 et 1 700 jours d’ensoleillement par année et cela se vérifie au niveau de la génération photovoltaïque : 954 MW. On constate la même chose en Normandie. La région aperçoit le soleil en moyenne 1 650 heures par an et crée 268  MW. Enfin, notre capitale Paris et sa région d’Île-de-France sont très peu ensoleillées. L’astre brille en moyenne 1 700 heures par an. La création photovoltaïque est de seulement de 192 MW.

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