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1 L avenir du solaire photovoltaïque Philippe Malbranche CEA-INES Tél : Mél : cea.fr 1

2 Un écosystème pour l innovation sur le solaire Situé sur une technopole, à destination : Des chercheurs et enseignants Des start-up Des PME Des industriels Facilitant l innovation : En montant des projets collaboratifs En déposant des brevets En développant des prototypes, des procédés, des équipements à échelle industrielle, pour des transferts de technologies plus rapides 2

3 Institut National de l Energie Solaire 270 chercheurs m2 40 brevets/an 100 partenaires industriels 30 M de contrats/an 3

4 La situation actuelle Quelques exemples d installations Le marché Les technologies 4

5 Des applications multiples, avec des critères variés Spatial Grand public Appli. Pro. Electrif. rurale Couplage réseau Production Architecture décentralisée Rapport puissance/ poids Design Prix unitaire Investisseme nt évité, Prix /puissance Prix / service rendu Prix / kwh Esthétique, Prix / m² Applications économiques pour le besoin prévu, Applications souvent «non rentables» dans les conditions économiques usuelles 5

6 En Allemagne, 6 MW 6

7 En Espagne, 11 MW 7

8 Aux USA, 14 MW,

9 4,3 MW à Vinon sur Verdon,

10 Olmedilla, 2008, 60 MW, 85 GWh, csi fixes Modules : Siliken Onduleurs : Ingeteam Systémier : Nobesol 10

11 Sarnia, 2010, 80 MW, 120 GWh, CdTe fixes Modules : First Solar Systémier : Enbridge 11

12 Des lotissements, au Japon, dès

13 La ville d OTA Tokyo University of Agriculture and Technology 13

14 Des lotissements, en Allemagne 14

15 Des lotissements, aux USA,

16 Les perspectives de progrès Lotissement Les Hauts de Feuilly, MCP Saint Priest, en cours de construction 16

17 Exemples sur l enveloppe du bâtiment 17

18 Autres exemples en Rhône Alpes 18

19 Un marché mondial en très forte croissance Environ 6000 MW en 2009, pour un CA de près de 25 G La croissance s accélère : 15% par an autrefois 35% par an sur les 6 dernières années 50% par an sur les 2 dernières %/an >50%/an >35%/an Estimation du marché 2010 : environ 12 à 16 GW 19

20 Les technologies, en part relative, données 2009 Source & graphics: EPIA 20

21 Répartition de l offre et de la demande Des marchés européens, des producteurs asiatiques 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% , RoW Chine Japan USA Europe 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Production Données 2010 Demande 21

22 Les douze premiers producteurs mondiaux 1 200, ,00 800,00 600,00 400,00 200,00 Q-CELLS FIRST SOLAR SUNTECH SHARP JA SOLAR KYOCERA YINGLI MOTECH SUNPOWER SANYO TRINA Gintech 0,

23 Les prix actuels : - 5% par an (moyenne sur 3 décennies) Cellules : 1 à 1,2 /Wc Modules : 1,4 à 2,5 /Wc, Systèmes : 2 à 8 /Wc 20 /Wc Système PV Module Objectifs EPIA et EUREC

24 Les prix de revient de l électricité solaire : Variable selon l ensoleillement, de 0,16 à 0,45 /kwh Hypothèses d un petit système individuel : < 5 kwc Coût du système: 4 /Wc Durée d amortissement : 20 ans Taux d intérêt: 4% Inflation: 2% Coût annuel de maintenance = 1% de l investissement. Inclinaison optimisée Source: European Commission, DG Joint Research Centre 25

25 Une diffusion progressive, par niches successives Le photovoltaïque a d abord été compétitif dans les sites isolés Sur les réseaux, il vient d entrer dans la zone de compétitivité avec l électricité de pointe : Cas des îles et des pays à forte pointe diurne et estivale Le Japon depuis 2005 : poursuite du marché malgré l arrêt des subventions L Italie, la Californie 26

26 La multiplication des acteurs français de la filière (liste non exhaustive) 8500 emplois, 150 entreprises, 5000 installateurs : Silicium Lingots Plaquettes Cellules Modules Systèmes Installation Photowatt Ferropem FEE Vesuvius Solems ECM Cyberstar Solar Force Emix MPO PV Alliance Auversun Apex BP Solar Tenesol Solaire Direct Adixen Total GDF Suez Sillia Energie Soprema Carbone Lorraine Arkema : 40% Plusieurs acteurs de rang mondial Air Liquide : 50% St Gobain : 30% Fonroche Sun Land 21 Clipsol Solarezo Urbasolar First Solar Sunnco EDF Schneider 27

27 Bilan actuel : Ressources bien réparties géographiquement Énergie décentralisée Conception modulaire Technologie fiable Prix de revient constant sur au moins 30 ans Impact environnemental réduit, produit 5 à 15 fois l énergie nécessaire à sa fabrication Implantation rapide : plusieurs GW par an et par pays Baisse des coûts, depuis 3 décennies, pour > 2 décennies Mais Énergie intermittente Énergie peu adaptée aux fortes intensités énergétiques Coût du kwh encore élevé, mais < prix de vente sur 90% marché européen d ici

28 Les perspectives 29

29 Baisse des coûts et facteur d expérience expérience & effets d échelle innovation R&D 1. La baisse des quantités de matériaux utilisés, et de leur prix 2. L augmentation des performances 3. Des procédés et des équipements plus productifs 30

30 1. La baisse des quantités de matériaux nécessaires Filière silicium 20 tonnes de silicium par MW en tonnes de silicium par MW en tonnes de silicium par MW en 2009 Vers les 3 à 5 tonnes de silicium par MW : Des cellules toujours plus fines Des plaquettes obtenues sans sciage : Ruban Moulage direct Filière couches minces 100kg à 1 tonne de matériau photovoltaïque par MW 31

31 2. L augmentation des performances : le passé Rendements : + 4% tous les dix ans Concentration Silicium Couches minces Organique Le silicium apporte souvent le meilleur coût de revient en /kwh 32

32 Leistungsdichte [W/m 2 µm] 2. L augmentation des performances : le futur Une meilleure absorption de la lumière Une meilleure utilisation du spectre solaire : Hétérojonctions Multijonctions Oxyde Transparent Conducteur (TCO) Si amorphe a-si:h (p) ou (i/p) Si cristallin c-si (n) Si amorphe a-si:h (n) ou (i/n) Oxyde Transparent Conducteur (TCO) AM15 GaInP GaInAs Ge Des nouveaux concepts via les nanotechnologies Wellenlänge [nm] 33

33 Janvier Fevrier Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Rendement max (ù) Janvier Fevrier Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Exemple 1 : développement de la filière Si hétérojonction sur INES Evolution of efficiency of heterojunction PV cells Evolution du rendement des cellules PV hétérojonction 22 Evolution du rendement des cellules PV hétérojonction % % RECORD, Juillet 2010: Isc (ma/cm²) Voc (mv) FF(%) Rend (%) CZ, 300µm ,7 20,5 Fraunhofer certification 34

34 Exemple 2 : 3ème génération, via les nanotechnologies Intégration de nanofils de silicium dans une cellule photovoltaïque 1 Résultat: 2% de rendement Performances 15 fois supérieures à l état de l art (η=0.1% démontré dans Th. Stelzner et al., Nanotechnology 2008, 19, ) (0,15% pour GENERAL ELECTRIC) Collecteurs électriques Nanofils Exploitation de la totalité du spectre solaire Tranches de silicium 35

35 Exemple 3 : filière organique Résultat au meilleur niveau mondial Rendement = 5% Durée vie 1000 heures Banc d évaporation 36

36 3. Vers des procédés et équipements plus productifs Des vitesses de dépôts plus rapide sans dégrader les performances du matériau Dépôt industriel en 5 minutes rendement de 3-5 % Reproduction des conditions Industrielles, en 5 min 5% Dépôts en Labo Procédé modifié 3 phases en 5 minutes 15% Procédé 3 phases En 30 minutes >19% 37

37 3. Vers des procédés et équipements plus productifs Des procédés continus, avec des temps de cycle courts : ex : 2,5 heures du verre au module chez First Solar Vers des usines avec des capacités de l ordre du GW 38

38 Des dimensions plus grandes : - Actuellement : 2 à 2,5 m - Prochainement > 3 m 39

39 Autres évolutions technologiques, sur les produits l apparition de produits innovants, «multifonctionnels» : Colorisation, Transparence variable Fenêtre «permanente», à LED Des produits préfabriqués pour installation facilitée 40

40 Autres évolutions technologiques, sur les produits l apparition de produits flexibles l apparition de formes nouvelles 41

41 Les systèmes et paysages du futur Une optimisation liée à la synergie : Bâtiments Transports Réseaux électriques Ronnie Belmans - Eurec agency - June

42 Les scénarios de croissance de l EPIA 3 scénarios pour 3 objectifs européens : 4%, 6% ou 12% en 2020, soit 100 à 300 GW 43

43 Le potentiel d intégration sur le réseau français 44

44 Conclusions : Evolutions du marché et des technologies Toutes les filières vont continuer à croître en volume La part relative du Silicium cristallin va se réduire, celle des couches minces et des 100% nouveaux concepts va augmenter Des filières industrielles sont possibles en Europe Le marché mondial décollera vraiment à partir de Le solaire représentera rapidement > 10% de la consommation L optimisation économique nécessite une approche globale : efficacité énergétique, gestion de la demande, production solaire % 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Thin Films C Si New concepts Thin Films C Si

45 Merci pour votre attention Il doit y avoir une source d énergie là-dessous... 46

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