Panneaux solaires photovoltaïques
Leur développement sur plans d’eau
La production d’électricité à partir des centrales à fioul et à charbon impacte la production de gaz carbonique avec ses conséquences sur le dérèglement climatique.
Il y a pour autant un besoin croissant d’électricité, pour répondre à l’évolution de la démographie mondiale et à ses différents domaines de consommation (domestique, industrielle, services, santé, média-information etc.). C’est ce qui a conduit au développement d’énergies renouvelables ; avec la mise en place d’une Programmation Pluriannuelle de l’Energie (PPE).
Au stade de cette programmation, la France, en 2018, a produit 549 TWh(TWh : million de KW produits ; en heures de consommation), dont 48 TWh à partir des énergies renouvelables (8,7%) [1].
A savoir : Eolien 28 TWh ;Biomasse 10 TWh; Solaire – Photovoltaïque 10 TWh.
En tant qu’énergie renouvelable, le rayonnement solaireest une source d’énergie directe, inépuisable.
La conversion de son rayonnement en courant électrique s’effectue à partir de cellules photovoltaïques (PV), basées sur les propriétés des matériaux semi-conducteurs, par ailleurs utilisés dans l’industrie de l’électronique : diodes, transistors, circuits intégrés.
L’effet photovoltaïque, découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839, n’a trouvé ses applications que bien plus tard, dès lors que les procédés d’élaboration de monocristaux en silicium et de leur dopage par du phosphore (Couche N -) ou du bore (Couche P +) ont été acquis.
Assemblée en deux couches N/P, la cellule va constituer un générateur électrique de courant continu, avec absorption de la lumière du côté de la couche N et transfert d’énergie des photons à ses électrons qui vont être collectés à partir des électrodes fixées sur les faces inférieure et supérieure de la cellule.
Aux conditions d’un flux de 1000 W/m2(1KWc) à 25°c, les différents matériaux semi-conducteurs disponibles ne présentent pas les mêmes rendements, ni les mêmes surfaces fonctionnelles (SF). Ainsi pour le silicium, en fonction de son état de cristallisation, on enregistre comme rendement (?) de cellule :
Monocristallin (?M)13 à 15%(1KWc SF ~7 m2) ; Polycristallin (?P) 12 à 14% (SF ~8 m2) ; Amorphe (?A)5 à 7% (SF ~15 m2)[2].
En utilisation finale, à ce rendement de conversion du rayonnement solaire, s’ajoutent les rendements de l’onduleur – si la cellule est raccordée au réseau de distribution électrique – et des câbles d’équipement 😕 installation =? module (0,14) x ?onduleur (0,90) x? câbles (0,99) = 0,12
Le rendement final est donc assez moyen et décroît complémentairement si la température de la cellule augmente, d’où la nécessité d’assurer une bonne aération de sa face arrière si l’installation est sur un toit.
La France présente par ailleurs un ensoleillement notablement variable entre le nord et le sud 1000 kWh/m2/an à Lille (≈ 2,7kWh/m2/jour) – 1 600 kWh/m2/an à Nice (≈ 4,5 kWh/m2/jour) ; c’est ce qui, jusqu’alors, a eu pour effet de cantonner le photovoltaïque au niveau des maisons individuelles ; plutôt en autoconsommation [3].
Au bilan de son déploiement, la capacité de la puissance installée en juin 2018 était de 8.5 TW (million de KW)pour une production effective de 4.6 TWh sur l’ensemble de l’année ; à comparer aux 2.1 TWh fournis en 2013 soit une croissance de +119 % [4].
La contribution de la production en énergie photovoltaïque à la hauteur de 1.9% des 549 TWh distribués en 2018, montre qu’il existe un fort potentiel de développement de cette énergie, à prendre en compte selon deux axes de croissance :
Le déploiement d’installations au niveau des particuliers et de l’ensemble des PME et ETI avec une activité forte consommatrice d’électricité, permettant une réduction de la facture d’électricité.
L’abaissement des coûts de production des cellules photovoltaïques, l’accroissement de leurs performances, mais plus encore les nouvelles solutions de gestion de l’électricité produite, la mise en réseau (Smart Gride) des différents producteurs locaux, renforcent tout l’intérêt qu’apporte cette source d’énergie renouvelable.
Ainsi sont maintenant disponibles des installations permettant une gestion flexible entre l’autoconsommation, la revente sur le réseau, le stockage à partir de batterie, couplée à des systèmes d’analyse en ligne des besoins instantanés de consommation.
Les panneaux aérophotovoltaïques qui mixent la production d’électricité et la récupération de la chaleur dégagée lors de leur fonctionnement, permettent par ailleurs de retrouver à l’installation, l’ensemble des dispositions d’aides financières mises en place pour la transition énergétique.
Parallèlement à la production locale d’installations sur maison ou immeubles, c’est le déploiement de centrales photovoltaïques qui est en expérimentation, avec un objectif d’environ 20TW installés en 2023. Ainsi :
La première centrale photovoltaïqueeuropéenne, au sol, a été construite en 2015 à Cestas en Gironde :
300 MW (~ 950 103panneaux sur 260 hectares, subdivisés en 25 sous-ensembles de 12 MWc).
Une seconde a été déployée à Toul en Lorraine avec une puissance crête (aux meilleures conditions d’ensoleillement)de 115 MWc [5].
De telles centrales nécessitent des surfaces importantes, avec orientation solaire favorable à la plus grande durée d’éclairement.
Cela peut être amélioré par l’installation de trackers solaires qui permettent de suivre la course du soleil. Ainsi, la société franco américaine Helioslite basée en Savoie indique améliorer le rendement de panneaux solaires de ~40% ; rendement qui sera d’autant plus efficace que le taux d’empoussièrement local sera faible ou qu’un système de nettoyage des panneaux sera effectif.
Complémentairement, c’est le photovoltaïque flottantqui est expérimenté.
Déjà déployé en Chine et au Japon principalement, il permet d’exploiter les bassins industriels, les lacs d’anciennes carrières, réservoirs d’eau,ou barrages.
Ainsi, de grandes surfaces sans autres intérêts agricoles et à moindre coût en foncier peuvent être valorisées.
De plus, les coûts d’installation de telles fermes solaires sont moindres, avec l’avantage d’un refroidissement par convection naturelle réduisant la surchauffe des panneaux et en conséquence avec un accroissant notable de leur rendement ; tout en limitant l’évaporation pour la part de la surface couverte [6].
En France, le photovoltaïque flottant a fait l’objet de plusieurs réalisations :
A la Pommeraie-sur-Sèvre (Vendée), dans le cadre d’une expérimentation conjointe entre la société Oseris et l’Icam, école d’ingénieurs nantaise [7].
Près de Strasbourg, La ville d’Illkirch-Graffenstaden expérimente en condition réelle un parc solaire lacustre à partir de l’assemblage de 135 panneaux photovoltaïques qui occupent une surface de 220 mètres carrés pour une capacité annuelle de 43MWh [8].
A Piolenc, une localité du Vaucluse, en surface d’une ancienne carrière inondée depuis des années.
L’entreprise Akuo Energy, spécialisée dans les énergies renouvelables, va installer 47 000 panneaux photovoltaïques, représentant une superficie de 17 hectares, pour une capacité de17 mégawatts (MWc), soit la puissance nécessaire à la consommation électrique de 4700 foyers [9].
Comme peut le souligner Charlotte de Lorgeril, du cabinet Sia Partners :
« La France compte 705 km² de lacs artificiels et si 30% de leur surface était recouverte de panneaux solaires, cela représenterait la consommation d’environ 4 millions de foyers ».
Cela, en fait, en tenant bien compte de la situation géographique et de la variation d’ensoleillement durant les mois de l’année.
C’est donc :
*par un accompagnement dans le développement de nouvelles architectures de matériaux semi-conducteurs fabriqués à partir de procédés conjoints à la fabrication des circuits imprimés pour en diminuer les coûts,
*par le développement du stockage de l’électricité ; et ce, quel que soit le type d’énergie renouvelable,
que la production d’électricité à partir des énergies fossiles émettrices de gaz carbonique pourra être significativement diminuée.
Guy NICOLAS 05- mars-2019
[1]. www.planetoscope.com/Source-d-energie/233-production-d-energie-electrique-en-france-en-kwh.html
[2]. www.aevv-egwa.org/institut-bruxellois-pour-la-gestion-de-lenvironnement-ibge-belgica/
[3]. www.gte.univ-littoral.fr/le solaire photovoltaïque-Sylvain Delenclos
[4]. www.quelleenergie.fr/magazine/energie-solaire/photovoltaique-france-2018/
[5]. www.connaissancedesenergies.org/cestas
[6]. www.revolution-energetique.com/photovoltaique-flottant/GerardDeboyser
[7]. www.20minutes.fr/nantes/853112-20120105-panneau-solaire-pose-eau
[8]. france3-regions.francetvinfo.fr/grand-est/bas-rhin/strasbourg-0/illkirch-graffenstaden
[9]. fr.euronews.com/2018/09/21/une-centrale-solaire-sort-de-l-eau-en-france
