La terre vue du ciel. Devenir producteur d électricité en installant des panneaux photovoltaïques Mode d emploi

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1 La terre vue du ciel Devenir producteur d électricité en installant des panneaux photovoltaïques Mode d emploi Gautier Perrin - Région Alsace Salon Energivie 2009 UNION EUROPÉENNE 1

2 Le contexte Consommation totale d énergie en France Electricité Le contexte de production tep : tonnes équivalent pétrole 1 tep : kwh 2

3 Le contexte Consommation totale d électricité en France Le contexte Part de l habitat dans la consommation électrique 1 TWh = MWh = kwh = Wh 1 ampoule de 100 W pendant 1 heure = 100 Wh 3

4 Le contexte Contenu CO2 du kwh par usage en France le chauffage résidentiel et tertiaire 180 g/kwh L éclairage, 100 g/kwh Les usages résidentiels (cuisson, lavage et produits bruns), les usages tertiaires et industriels autres que l éclairage 60 g/kwh Usages de base (froid, ECS, autres usages résidentiels) la climatisation dans le secteur tertiaire 40 g/kwh. 4

5 Contenu en déchets radioactifs du kwh en France Types de déchets Contenu en déchets radioactifs en mg/kwh Déchets de faible ou moyenne activité à vie courte 10,1 Déchets à vie longue (sans compter les produits de fission vitrifiés) 0,9 Le rayonnement solaire Source : Ministère de l industrie 5

6 Gisement solaire Le spectre solaire La plus grande quantité d énergie est contenu dans le visible et l infra rouge 6

7 Le spectre solaire L effet photovoltaïque Historique et principes 7

8 Historique Principes Quelques dates importantes dans l histoire du photovoltaïque : 1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre l effet photovoltaïque : Werner Von Siemens expose devant l Académie des Sciences de Berlin un article sur l effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l espace : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l Université de Delaware : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de km en Australie. La cellule photovoltaïque est constituée d un semi-conducteur, le silicium Ce semi-conducteur transforme l énergie lumineuse (photons) en énergie électrique. 8

9 Principes Les différentes technologies de cellules photovoltaïques une couche "anti-reflet" sur la face avant dont le but est de faciliter la pénétration d un maximum de photons à travers la surface et de réduire les pertes par réflexion ; une grille conductrice avant " collectrice des électrons " qui doit également être liée au silicium et ne pas être sensible à la corrosion ; une couche dopée N avec porteurs de charge libres négatifs (électrons) ; une couche dopée P avec porteurs de charge positifs (trous) ; une surface de contact conductrice en métal " collectrice des électrons ", ayant une bonne conductivité ainsi qu'un bon accrochage sur le silicium 9

10 Le Mono cristalin Le poly cristallin Cellule en silicium monocristallin Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu'un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d'un bleu uniforme. avantage : bon rendement (15%). inconvénients : coût élevé, rendement faible sous un faible éclairement. Cellule en silicium polycristallin Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleue, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux. Avantages Bon rendement (13%), mais cependant moins bon que pour le monocristallin, Moins cher que le monocristallin. Inconvénient Les mêmes que le monocristallin. Ce sont les cellules les plus utilisées pour la production électrique (meilleur rapport qualité-prix). 10

11 Les couches minces Les couches minces Cellule en silicium amorphe Le silicium n'est pas cristallisé, il est déposé sur une feuille de verre. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires". Avantages Fonctionnent avec un éclairement faible (même par temps couvert ou à l'intérieur d'un bâtiment), Moins chères que les autres. Inconvénients Rendement faible en plein soleil (environ 6%), Performances qui diminuent sensiblement avec le temps Le Cuivre Indium Sélénium ou CIS Avantages : Permet d obtenir les meilleurs rendements par rapport aux autres cellules photovoltaïques en couche mince ( 9 11 %) Permet de s affranchir du silicium Les matériaux utilisés ne causent pas de problème de toxicité La cellule peut être construite sur un substrat flexible Inconvénients : Les cellules en couche mince nécessite une surface plus importante pour atteindre les mêmes rendements que les cellules épaisses 11

12 Composition : Les modules Composition, Principe de fonctionnement, Raccordement d un générateur photovoltaïque Un panneau ou module photovoltaïque est formé de cellules photovoltaïques mises en série pour obtenir la tension désirée. Chaque cellule produit un courant continu dont la puissance dépend de la surface de la cellule. Son rendement est garantie à 80 % sur 25 ans 12

13 Composition : Les modules Composition : Les modules Influence de la température La puissance crête d un module Attention à ne pas confondre puissance et surface Notée W c (Watt crête) ou W p (Watt peak), elle représente la puissance électrique maximum délivrée dans les conditions suivantes dites conditions standard (SCT) Eclairement solaire de 1 kw / m 2 (correspondant à peu près à une exposition perpendiculaire aux rayons du soleil à midi par temps clair d'été) Plus la température augmente, plus la production d un module photovoltaïque diminue Il convient donc de ne pas négliger les aspects de ventilation du module Température de la cellule PV égale à + 25 C. Répartition spectrale du rayonnement dit AM.1,5 (correspondant au rayonnement solaire parvenant au sol après avoir traversé une atmosphère de masse 1 à 45 ) 13

14 Composition : L onduleur Principe de fonctionnement L onduleur transforme le courant continu en courant alternatif 220 V, compatible au réseau EDF Ils doivent répondre à la norme VDE 0126 Le rapport de puissance entre le champs de module et l onduleur doit être compris entre 0,7 et 1 La durée de vie tourne autour des 12 ans Les capteurs photovoltaïques produisent du courant continu L onduleur transforme le courant continu en courant alternatif 220 V, compatible au réseau EDF Consommation éventuelle Un double compteur mis en place par EDF permet de mesurer l énergie injectée dans le réseau et/ou l énergie consommée 14

15 Vente du surplus Vente totale Une partie de l énergie produite est consommée, le surplus est vendu au fournisseur d électricité C est une solution peu avantageuse La totalité de la production est vendue à un fournisseur d électricité C est la solution la plus courante et la plus rentable 15

16 Les paramètres L inclinaison du module : optimum : 30 La production d électricité: les paramètres prépondérant L orientation du module : optimum : plein SUD L ensoleillement : 16

17 L orientation Les masques 17

18 La production d énergie Bilan énergétique Inclinaison : 30 - Production : 927 kwh /an Inclina ison : 0 - Production : 821 kwh /an En moyenne sur l Alsace on estime production annuelle : 950 kwh pour 1 kwc installé Energie grise Cristallin : 600 kwh/m² Amorphe : 420 kwh/m² Il faut de 2 à 4 ans pour rentabiliser un système photovoltaïque composé de cellules poly cristallines. Les variations importantes sont du aux facteurs exposés précédemment, on constate donc l importance de l inclinaison (toiture ou façade) ou encore localisation 18

19 Recyclage En juillet 2007, l'association PV Cycle est née afin d'améliorer les procédés de fabrication, les rendre moins énergivores et de limiter les déchets. L'association rassemble 23 industriels, représentant près de 80 % du marché européen du photovoltaïque. L'objectif est d'établir un schéma volontaire de récupération des déchets et de devenir le corps de recyclage de l'europe. Pour en savoir plus : Tarif d achat et intégration 19

20 Tarif d achat Critères d éligibilité à la prime d intégration au bâti Défini par l arrêté du 10 juillet 2006 Indexation d environ 1 % par an En 2009 Non Intégré : 0,32 / kwh Intégré : 0,60 / Kwh Les équipements de production d électricité éligibles à la prime d intégration au bâti doivent répondre aux deux conditions prévues à l annexe de l arrêté du 10 juillet 2006 fixant les conditions d achat de l électricité : Outre la production d électricité, les équipements photovoltaïques doivent assurer une fonction technique ou architecturale essentielle à l acte de construction. Un équipement de production d électricité photovoltaïque remplit au moins une de ces fonctions lorsqu il participe, pour une construction, à : - la tenue mécanique ; - la protection ou la régulation thermique ; - la protection physique des biens ou des personnes ; - la recherche d un esthétisme architectural particulier. Guide de la DIDEME du 27 avril

21 Exemples d équipements éligibles à la prime d intégration au bâti Exemples d équipements éligibles à la prime d intégration au bâti 21

22 Exemples d équipements éligibles à la prime d intégration au bâti Exemples d équipements non éligibles à la prime d intégration au bâti 22

23 Procédure de raccordement au réseau Liste des éléments à réunir Aspect administratif Permis de construire ou déclaration de travaux : Mairie Obligation d achat : DRIRE Contrat de raccordement : ERDF Grand Centre Assurance responsabilité civile : votre assureur Attestation de conformité : Votre installateur Contrat d achat : EDF ( Administration de Obligations d Achat) 23

24 Assurances nécessaires Responsabilité civile : EDF demande ce type d assurance pour pallier à d éventuels problèmes avec l injection réseau Tarif : a voir avec votre assureur si surprime éventuelle ou non 24

25 Aspect économique Coût Aspect économique En 2008, en Alsace, le prix pour 1kWc installé varie entre et Coût moyen d un kit de 3 kwc :

26 Aspect économique Frais d investissement supplémentaires : Raccordement au réseau (entre 500 et 1500 ) Renforcement éventuel de la structure porteuse Frais fixes annuels Abonnement compteur ( 50 / an) Assurance ( RC + Intempéries : à voir si surprime ou pas) Remplacement du ou des onduleurs (10 ans 50 /kw) Intérêt de l éventuel emprunt (4,5 % sur 15 ans) Les aides possibles Le crédit d impôts 26

27 Crédit d impôts Crédit d impôts Installations inférieure à 3 kwc Vente totale possible Installations supérieure à 3 kwc Obligation d avoir sa consommation domestique supérieure à la moitié de la production annuelle de l installation 50 % sur la partie matériel Plafond des dépenses : Célibataire : ( soit de crédit d impôts) Couple marié : ( soit de crédit d impôts) Enfants à charges : 400 supplémentaires Soit pour un couple marié avec 2 enfants : de crédit d impôts possible pour une installation photovoltaïque Les installations doivent respecter la norme EN ou NF EN

28 TVA Fiscalité Installation inférieure à 3 kwc Ancien : 5,5 % Neuf : 19,6 % Installation supérieure à 3 kwc Pas d assujettissement à la TVA Depuis la loi de finance 2009, les installations inférieures à 3 kwc ne sont plus imposables (y compris CGS, RDS et prélèvement sociaux) Ancien et neuf : 19,6 % Pas de ventilation possible Rescrit 2000/50 du 04/12/07 28

29 Rentabilité Rentabilité Kit 3 kwc Couple avec 2 enfants à charge Investissement : Matériels Main d œuvre 1000 Raccordement Total Crédit d impôts : Autofinancement : Production : 3 kwc x 950 h x 0, Frais fixes : Location compteur 50 Provisionnement onduleur 50 Recettes annuelles : Temps de retour : / /an = 8 ans Recettes au bout des 20 ans =

30 Rentabilité Label Quali PV Possibilité de prêt à taux préférentiel auprès de certaines banques ( Banques Populaire, Crédit Mutuel, etc ) Taux: entre 2,9 et 4,5 % sur 15 ou 20 ans Exemple : emprunt sur 15 ans à 4,5 % = /an = 1553 an de frais fixes sur 15 ans Recettes annuelles = 1710 Au bout des 20 ans = QualiPV est l'appellation pour la qualité d'installation des systèmes solaires photovoltaïques raccordés au réseau. Lancée en octobre 2007, cette nouvelle appellation est gérée par Qualit'EnR. QualiPV est une démarche volontaire des entreprises qui s'engagent à respecter les «10 points solaires PV» de la charte QualiPV. Pour s'inscrire dans cette démarche qualité, les entreprises doivent justifier de leurs compétences, notamment par des modules de formation génériques «QualiPV» dispensés sur tout le territoire français. En choisissant une entreprise QualiPV, les particuliers ont l'assurance de faire appel à un professionnel compétent. 30

31 Label Quali PV Produits intéressants L appellation Quali PV de décompose en deux modules Quali PV Elec pour la partie électrique de l installation et Quali PV Bat pour la partie couverture de l installation Dans tout les cas, il convient de s assurer que votre installateur dispose de la garantie décennale, spécialement pour les installateurs allemand La membrane d étanchéité solaire 31

32 Produits intéressants Produits intéressants Le bac acier avec système en amorphe Tracker ou «suiveur» solaire 32

33 Pour en savoir plus Statistiques régionale secteur professionnel (Données Région Alsace) Nombres de projets : 175 Puissance : 10,17 MWc ( hors projet Westphal de 4 MWc) Montant investissement : ,75 Coût moyen du kwc (hors raccordement): Production : 9,6 MWh ( soit 2760 foyers) Subvention régionale : ,00 33

34 Exemples d installation Générateur photovoltaïque (3120 Wc ) Chauffe -eau solaire Verri ère photovolta ïque Pose int égrée en toiture La verrière permet de réduire l apport solaire sur la terrasse e n été. En hiver, le Générateur photovoltaïque de 3 kwc soleil peut atteindre les fenêtres de la maison. 8 m² de capteurs Clipsol Raccordé au réseau EDF Installation thermique 39 modules PWXT850 de 80 Onduleur Gridfit 2200 Wc Structure Clipsol intégrée Ballon 300 l appoint gaz naturel 34

35 Maison Maisn Mertz à Bergheim Bheim (68) Générateur photovoltaïque de 3 réseau EDF kwc raccordé au Chauffe eau solaire 3Puits géothermique qui alimentent 300 m² de plancher chauffant grâce à une pompe à chaleur Générateur photovoltaïque Pose intégrée égrén en toiture toiture Fiche technique : 60 modules PWX500T (50 Wc ) Structure intégrée Clipsol Onduleur SMA Chauffe eau solaire Pose intégrée en toiture Fiche technique: 6m² de capteurs Clipsol Structure intégrée Clipsol Ballon solaire de 300L Géothermie Refuge des Amis de la Nature à Ventron (88) Générateur photovoltaïque de 3 kwc Générateur photovoltaïque Pose intégrée en toiture Chauffe-eau Solaire Pose intégrée en toiture Fiche technique: 3 puits géothermiques de 80 m Pompe à chaleur CAPTERRE 15,8 kw 300 m² de plancher chauffant/rafraîchissant Raccordé au réseau EDF Chauffe-eau Solaire Date de réalisation: avril 2002 Fiche technique: 60 Modules Photowatt PWXT500 (50 Wc) Structure Clipsol integrée en toiture Onduleur Fiche technique: 15 m² de capteurs Clipsol Structure Clipsol integrée en toiture Ballon solaire de 750 l appoint gaz Date de réalisation: Août

36 Générateur photovoltaïque Labaroche (68) Générateur photovoltaïque de 4640 Wc Raccordé au réseau EDF Générateur photovoltaïque Montage sur structure: Les modules sont montés sur une structure en aluminium, ce qui facilite l accessibilité des modules pour la maintenance. Un habillage en bois a été réalisé afin d améliorer l intégration du générateur dans l environnement. Fiche technique: 28 modules Total Energie TE1700 (170Wc) Structure SPT Total Energie 2 Onduleurs Gridfit 2200 Maison à Bergheim (68) Générateur photovoltaïque de 2880 Wc Raccordé au réseau EDF Générateur photovoltaïque Pose sur Toiture Fiche technique: Les modules sont directement fixés sur la toiture 16 modules TE1800 (180 Wc) Structure Total Energie SPT Onduleur Gridfit 2200 Date de réalisation: août 2004 Date de réalisation: décembre

37 Complexe sportif à Illkirch 33,6 kwc Brise soleil à Illkirch 10 kwc Ecole de Morschwiller - 12 kwc Membrane solaire à Wittenheim 5 kwc 37

38 Merci pour votre attention UNION EUROPÉENNE 38