Photovoltaïque : vérités et ragots (Deuxième et dernière partie)

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1 Photovoltaïque : vérités et ragots (Deuxième et dernière partie) Faut-il investir dans le photovoltaïque? Cette technologie est-elle efficace et intéressante pour le particulier? Dans le n 95 de votre revue Valériane, nous avions déjà commencé à répondre à ces questions en compagnie de Christian Steffens, ingénieur industriel, consultant indépendant en énergétique, électricité et électronique... Cette conversation au sujet de notre avenir énergétique vous a passionnés? En voici la suite Par Dominique Parizel "Des gens me disent parfois : "L'écologie, je m'en fous! J'ai fait mon calcul : le photovoltaïque, avec les primes, les certificats verts et la déductibilité fiscale, cela me rapporte plus que de placer mon argent à la banque!" Le raisonnement est certes un peu malsain, dit Christian, mais la conclusion n'en demeure pas moins exacte : des rendements financiers de l'ordre de 5 à 10% sont tout à fait réalistes avec le photovoltaïque." Répétons toutefois inlassablement qu'il faut d'abord utiliser son argent à réduire sa consommation, puis le consacrer ensuite au solaire thermique, avant même de songer au photovoltaïque (voir Valériane n 95) Stocker l'électricité ou la renvoyer vers le réseau Nos sociétés occidentales ont adopté cette étrange attitude qui consiste à utiliser un canon pour tuer une mouche! Sous la pression de leurs installateurs, beaucoup de particuliers aimeraient ainsi installer un maximum de photovoltaïque afin de produire plus d'électricité que celle qui couvre leurs besoins réels... "On leur conseille alors, raconte Christian Steffens, d'utiliser cet excédent d électricité pour actionner des pompes à chaleur, par exemple C'est une absurdité complète, tant sur le plan économique qu'énergétique! Les coefficients de rendement (COP) des pompes à chaleur qu'on nous présente dans les médias sont souvent des coefficients optimisés qui ne correspondent pas à l usage réel «sur le terrain». De plus, les pompes à chaleur sont des appareils chers et complexes qui exigent un entretien adéquat et régulier. Faire de l'eau chaude sanitaire avec du photovoltaïque et une pompe à chaleur est, par conséquent, une véritable idiotie. Il faut toujours préférer le solaire thermique avec un petit appoint au gaz, au mazout ou aux pellets. Précisons, d'autre part, qu'il existe deux manières d'utiliser l'électricité produite par des panneaux solaires photovoltaïques : - soit le bâtiment est relié au réseau électrique 230V : les panneaux produisent du courant continu variable et alimentent un onduleur qui le transforme en alternatif 230V. Ce courant alternatif est alors réinjecté sur le réseau de la maison et de la rue. C'est la méthode classique où l on peut voir le compteur tourner à l'envers ; - soit la maison est en autonomie : elle n'est pas reliée au réseau électrique de la rue ; elle produit et consomme donc sa propre électricité. Bien sûr, la production photovoltaïque est variable puisque les panneaux fonctionnent à la lumière naturelle. Des batteries de stockage sont donc indispensables afin de disposer d'électricité aux moments souhaités. L'installation globale coûte ainsi grosso modo deux fois plus cher et doit être bien conçue! Des batteries de

2 stockage, stationnaires, bien utilisées et bien installées, ont une durée de vie proche de dix ans. Le fait de devoir immanquablement les remplacer un jour est cependant un gros investissement qu'il faut absolument prévoir." Autonomie et gaspillage? La solution la plus courante - être relié au réseau - permet de se passer de batteries puisque le réseau lui-même permet le stockage de l'énergie. "Il faut cependant être bien conscient, insiste Christian Steffens, qu'il n'y a aucune autonomie, dans ce cas, car l'onduleur s'arrête de fonctionner en cas de coupure du réseau électrique, même s'il y a du soleil! L'onduleur est synchronisé sur le réseau, il en est toujours dépendant et il arrête sa production d'électricité dès que le réseau s'arrête. Pourquoi cela? L'obligation réglementaire est aisée à comprendre : si des ouvriers coupent le courant afin de travailler sur le réseau électrique, dans la rue, il faut absolument éviter qu'ils soient électrocutés par l'électricité provenant des onduleurs photovoltaïques du quartier! Contrairement à ce que certains peuvent penser, avoir des panneaux photovoltaïques et un onduleur chez soi ne met donc pas à l'abri d'une coupure de courant! On pourrait évidemment envisager d ajouter des batteries au système classique. Sachant que leur taille, et donc leur prix, est fonction de la durée d'autonomie désirée, le surinvestissement pour se mettre simplement à l'abri d'une coupure temporaire - quelques heures! - serait encore relativement raisonnable Pour un système en autonomie complète, à la campagne par exemple, les panneaux chargent des batteries qui alimentent des onduleurs autonomes. Les batteries doivent être calculées en fonction des apports solaires dont on dispose et de la consommation estimée du bâtiment. Dans ce genre de situation, un complément d'électricité d origine éolienne ou éventuellement hydraulique peut être très intéressant car ces trois sources d énergie renouvelable sont très complémentaires. En pratique, une installation en autonomie complète doit absolument être conçue et calculée «sur mesure» par un spécialiste compétent." Un autre fait, d'importance, doit être rappelé dans le cas d'une installation reliée au réseau : des panneaux solaires photovoltaïques placés sur le toit ne rendent pas le kwh gratuit! "Le raisonnement est assez subtil, insiste Christian. Lorsqu'il y a du soleil, soit vous consommez sur place le kwh produit par les panneaux, soit vous le renvoyez sur le réseau. Dans ce dernier cas, le compteur électrique tourne à l'envers, et un kwh - soit entre 20 et 25 eurocents, tout compris - sera déduit de votre facture annuelle. Par contre, si vous consommez sur place le kwh produit, ce kwh n'est pas renvoyé sur le réseau et le compteur ne tourne pas à l'envers. Vous avez donc raté l'occasion de réduire votre facture de 20 à 25 eurocents Vous devrez par conséquent les payer à la fin de l année! Tous les kwh photovoltaïques produits par nos panneaux sont toujours susceptibles de diminuer d'autant notre facture annuelle. Nous avons donc toujours le même avantage à ne pas les consommer!" Par contre, lorsque l'installation solaire photovoltaïque est surdimensionnée et produit plus que la consommation annuelle, elle renvoie sur le réseau des kwh qui ne seront pas rachetés par un fournisseur. Si ces kwh "verts" sont toujours bien utiles pour la planète, ils seront néanmoins financièrement peu intéressants pour celui qui les produit car, en Belgique, les fournisseurs ne rachètent l'électricité qu'au pro rata de la consommation facturée. Du moins, dans l état actuel de la réglementation Un audit énergétique, avant toute aide au photovoltaïque? Une mise en garde s'impose : trop d'installateurs proposent de placer une capacité de production photovoltaïque égale à la consommation annuelle figurant sur les dernières factures. Or, nous l'avons dit et répété, il faut rechercher d'abord comment réduire cette consommation car il existe des consommations inutiles chez presque tout utilisateur. Il ne faut

3 donc installer, en photovoltaïque, que le strict minimum correspondant à la consommation optimalisée. Beaucoup d'installateurs cherchent, au contraire, à placer un maximum de panneaux, quitte à faire gaspiller ensuite de l'électricité à leurs clients. Il faut préalablement analyser soigneusement la consommation, afin de voir ce qu'il est possible de faire pour la réduire, et installer ensuite la surface de panneaux correspondant à la consommation indispensable. D'où notre suggestion : un audit énergétique ne devrait-il pas être imposé avant l'octroi de toute aide en la matière? "Certainement, acquiesce Christian Steffens! De la même manière qu'un audit énergétique est indispensable pour bénéficier de primes à l'isolation de la maison, l'analyse de la consommation électrique devrait être une condition sine qua non à l'obtention de toute prime ou déduction fiscale pour l'installation de panneaux photovoltaïques. Faute de cela, nous sommes partis vers la surinstallation chronique de photovoltaïque et vers le grand gaspillage électrique. Ce cercle vicieux est très caractéristique de l'anxiété qui règne dans nos sociétés : au lieu de bien comprendre leurs propres besoins et de raisonner dans le sens de la sobriété, nos contemporains se réfugient dans des technologies de remplacement, bien au-delà de ce qui est nécessaire. Le seul cas où un excès de photovoltaïque serait légitime est celui où, après avoir réellement optimisé sa consommation, on choisirait de surproduire légèrement afin de recharger, par exemple, les batteries de vélos électriques ou peut-être même d'une voiture électrique, à condition bien sûr que celle-ci soit utilisée avec une grande circonspection " Retenons la leçon : le fait qu'une ressource soit renouvelable ne légitime en rien son gaspillage! Trop de gens pensent encore : "C'est renouvelable, qu'on l'utilise ou pas n'a donc aucun impact!" Ils oublient un peu vite l'argent qu'ils ont dû débourser pour s'équiper. Le prix d'une installation photovoltaïque est pratiquement proportionnel à la puissance installée. Une installation deux fois plus grosse coûte à peu près deux fois plus cher. Petite précision complémentaire : si, ultérieurement, une plus grande production photovoltaïque s avérait réellement nécessaire, il est toujours possible de rajouter une deuxième installation - panneaux et onduleur - indépendante de la première. Cela n entraîne aucun inconvénient technique ou financier. En cas de panne éventuelle, deux petites installations indépendantes offrent plus de protection : si l une défaille, l autre continue à produire. Des pertes de rendements insignifiantes! Un éventuel ombrage des panneaux, ou des pertes par échauffement, peuvent-ils avoir une incidence? Si une cheminée ou un arbre projettent leur ombre sur un panneau thermique, la perte de rendement sera proportionnelle à la surface ombrée. Rien de plus. Le plus souvent, ce problème ne se pose que lorsque le soleil est bas, c'est-à-dire quand le rendement est déjà dans le creux. Mais qu'en est-il du photovoltaïque? "Le cas du photovoltaïque est très différent, explique Christian Steffens, car un panneau photovoltaïque se compose de cellules élémentaires reliées en série. Les panneaux eux-mêmes sont également reliés en série. On appelle cela un string de panneaux qui est, en fait, un string de cellules. Dès qu'une cellule se trouve dans l'ombre, le courant qui y passe - et qui passe par conséquent dans l'ensemble du système - est aussitôt limité. Le courant transitant dans l ensemble du système se trouverait ainsi limité à cause de la mise à l'ombre d'une seule petite cellule... ou même d'une seule déjection d'oiseau? Ce n'est évidemment pas le cas, en pratique, car les cellules sont regroupées par blocs, et chaque bloc est ponté (shunté) par une diode de by-pass. Si une cellule se retrouve soudain à l'ombre, seul le bloc auquel elle appartient sera affecté, le courant passant librement par la diode de by-pass. Le nombre de diodes dans chaque panneau est toutefois plus ou moins important suivant les fabricants. Elles sont évidemment moins nombreuses dans les panneaux «bon marché» que dans les panneaux

4 de qualité. Le nombre de diodes de by-pass par panneau est indiqué dans les feuilles de caractéristiques techniques des panneaux (data sheets)." Que signifie le «rendement énergétique» d'un panneau? Cette notion a-t-elle une grande importance? "Le rendement énergétique d'un panneau photovoltaïque, explique Christian Steffens, est le rapport entre l'énergie électrique reçue et l'énergie solaire incidente, autrement dit l'énergie utile fournie divisée par l'énergie brute reçue. Cette notion est très importante pour les énergies non renouvelables : il est, en effet, primordial de savoir combien de litres de mazout ma chaudière va consommer pour produire la chaleur que je souhaite. Je dois rechercher le rendement le plus élevé car le mazout coûte cher, pollue et devient rare Concernant le renouvelable, par contre, la notion est d'un intérêt beaucoup plus relatif car l'énergie du soleil est là, de toute façon, que je l'utilise ou pas. Donc si les cellules solaires ont des rendements énergétiques qui ne dépassent pas les 10 ou 20%, qu'est-ce que cela peut bien me faire? Il est beaucoup plus important, par contre, de connaître le coût exact de l'installation solaire, la place que les panneaux prennent sur le toit et la quantité d'électricité que tout cela va ramener On précisera donc, mais c'est plutôt anecdotique, que les panneaux solaires photovoltaïques au silicium monocristallin ont des rendements énergétiques de l'ordre de 20%, que ceux au silicium polycristallin sont aux alentours de 16%, et qu'avec le silicium amorphe, on tombe à 10% environ. Mais les prix étant dans les mêmes ordres de grandeurs, vanter publicitairement le rendement énergétique de tel ou tel panneau n'a finalement pas beaucoup de sens Le seul vrai problème est bien d'estimer le nombre de panneaux qu'il faudra installer sur le toit pour fournir le nombre de kwh nécessaire, et ce que cela va coûter. Le renouvelable est donc surtout une question de rendement à l'investissement plutôt qu'une question de rendement énergétique proprement dit. C'est aussi une question de place occupée et, éventuellement, de nuisances et d'entretien " Intégrer les panneaux solaires dans la toiture Autre question : pourquoi placer les panneaux solaires - thermiques et photovoltaïques - audessus des tuiles ou des ardoises, alors qu ils peuvent aussi assurer, avec des solins ad hoc, une protection efficace contre les précipitations? "Je n'ai jamais trouvé cela très esthétique, avoue Christian Steffens, mais ce n'est là qu'une question de goût Par contre, placer les panneaux de façon à les intégrer dans la toiture - à la place des tuiles, à la manière d'une simple fenêtre de toiture - présente différents avantages : moindre prise au vent en cas de tempête, économie de l'achat et du placement de tuiles ou d'ardoises qui feraient double emploi, en construction comme en rénovation. Une couverture de tuiles ou d'ardoises coûte entre cinquante et cent euros du mètre carré Pourquoi ne pas en faire l'économie, afin de commencer le financement de la même surface en panneaux solaires? Mais comment faire? C'est simple : le panneau thermique vient se déposer contre la sous-toiture, éventuellement sur des contre-lattes de cinq ou dix millimètres, ce qui élimine quasiment toutes les pertes de chaleur par l'arrière du panneau. On améliore ainsi nettement son rendement. Le panneau photovoltaïque, par contre, qui absorbe une part de l'énergie solaire, impose une ventilation par l'arrière afin d'éviter une surchauffe. C'est important car, quand le silicium monte en température, sa production d'électricité diminue. Des ragots persistants affirment qu'on perdrait ainsi toute la production! C'est évidemment faux : le silicium ne perd que 0,3 % de puissance par degré d'élévation de température. Si le panneau prend 20 C, la perte électrique sera donc limitée à 6%. Est-ce vraiment grave? Une façon très simple de régler ce problème est d'éviter de coller le panneau contre la sous-toiture. On place donc des contre-lattes de quatre ou cinq centimètres d épaisseur entre la sous-toiture et le panneau, et on prévoit une entrée d air basse et une sortie d'air haute permettant une

5 ventilation arrière du panneau, comme dans un montage «par-dessus les tuiles». Enfin, comme le panneau photovoltaïque est plus mince que le panneau thermique, cette solution permet de les aligner tous dans le même plan. C'est plus esthétique, à mon avis." On déduira de cette explication que placer des tuiles ou des ardoises sur des toits orientés vers le sud est un gaspillage pur et simple... "Pourquoi n'en viendrait-on pas, poursuit Christian Steffens, à imposer que tous les nouveaux toits orientés au sud soient intégralement couverts de panneaux solaires thermiques et photovoltaïques? Il serait bon de veiller, dans ce cas, à ce que toute la production photovoltaïque excédentaire de chaque maison soit rachetée à un juste prix Autre idée : pourquoi ne pas réduire tout simplement la TVA sur les matériaux isolants et sur les panneaux solaires, plutôt que d'imaginer des systèmes de primes ou de déductibilité fiscale si complexes que personne ne s'y retrouve? C'est une mesure qui tiendrait mieux compte, me semble-t-il, de l'intérêt général " Différents types de panneaux solaires photovoltaïques "Il existe différents types de panneaux solaires photovoltaïques, précise Christian Steffens : - les panneaux plans, souvent au silicium mono- ou poly-cristallin, sont le modèle le plus courant. Ils sont idéalement orientés sud, avec une pente de 15 à 60, mais ils peuvent aussi être orientés sud-est ou sud-ouest, voire même plein est ou plein ouest, avec une pente de 0 à 40. Dans ces deux derniers cas, la perte de rendement annuel est limitée à 20% environ ; - les capteurs tubulaires, souvent au silicium amorphe, sont fixés horizontalement sur un cadre muni de pieds. Cette solution est bien adaptée aux toits plats et leur orientation importe peu, les tubes étant ronds. La couverture du toit doit être blanche afin de réfléchir la lumière vers le dessous des tubes. Ce système produit moins d électricité que des panneaux plans, mais il est moins cher et plus simple. Il suffit de déposer les cadres sur le toit, sans fixation spéciale, la prise au vent étant très faible ; - des applications spéciales sont également réalisables car les cellules de silicium traditionnelles peuvent être collées sous n'importe quel verre, comme des vitrages de vérandas, ou des façades verticales en verre pour immeubles de bureaux. A la demande des architectes, certaines sociétés intègrent les cellules sur les verres, de façon à faire de petits ombrages permettant d'éviter un ensoleillement trop brutal. Ce type de pare-soleil photovoltaïque se voit déjà couramment en Allemagne ; - des trackers, ou "suiveurs", accompagnent le soleil dans sa course. Les panneaux plans sont montés sur le cadre mobile du suiveur. Un même panneau solaire installé sur un suiveur à deux axes - vertical et horizontal - permet d'obtenir une production annuelle supplémentaire de l'ordre de 20 à 25%. Je pense personnellement que cette complication n'en vaut guère la peine : le système est lourd et cher, il prend beaucoup de place, est peu esthétique, a une forte prise au vent, et est toujours susceptible de tomber en panne " Est-il intéressant d'associer le photovoltaïque avec d'autres sources de renouvelable, une éolienne, par exemple? "Pour avoir un bon rendement, dit Christian Steffens, il faudrait qu'elle soit placée au moins dix mètres au-dessus de la cime des arbres et du faîte des bâtiments environnants. Pour un particulier, une petite éolienne au sommet d'un très haut mât sera donc préférable à une grosse éolienne placée plus bas. Mais la hauteur du mât suscitera immanquablement des questions d'ordre réglementaire ; il est bon de se renseigner auprès du service «urbanisme» de sa commune! Une telle installation, d'un point de vue pratique, sera d'autant plus problématique que l'habitat sera dense. D'autre part, plus une éolienne est grosse, plus elle est

6 énergétiquement et financièrement rentable. Donc, même la petite éolienne sur un grand mât sera proportionnellement moins rentable que ses grandes sœurs «industrielles» Je suis favorable à l'éolien, d une manière générale, et même à l'éolien domestique, mais celui-ci exige une approche prudente et des calculs rigoureux! Du point de vue du simple particulier, le photovoltaïque présente l'avantage de n'utiliser aucune pièce mobile, et de n'exiger aucun entretien. Sauf peut-être un petit coup d'éponge de temps en temps si les panneaux ont une très faible pente " Quelle production peut-on espérer d une installation photovoltaïque? "En Belgique, explique Christian Steffens, chaque mètre carré de panneau photovoltaïque au silicium mono- ou poly-cristallin, exposé perpendiculairement aux rayons du soleil d été à midi, délivre un maximum de 100 à 180 Wc (Watt crête). On peut également considérer que, chaque année, en moyenne, un système photovoltaïque correctement installé produit l'équivalent de sa puissance maximale (crête) pendant environ neuf cents heures. Donc, si la puissance crête de votre installation est de 1 kw, sa production annuelle avoisinera les 900 kwh. Ceci donne un ordre de grandeur intéressant pour estimer la surface de panneaux qu'il sera nécessaire de placer. L onduleur doit pouvoir supporter et traiter la puissance crête totale des panneaux, majorée de 5 à 10%, à titre de réserve. Si vous disposez de suffisamment de surface de toiture, vous pouvez installer plus de panneaux bon marché à faible rendement. Mais le coût global sera pratiquement équivalent si vous préférez moins de panneaux, mais plus chers, à haut rendement Le haut de gamme est peut-être préférable pour la fiabilité à long terme. Rappelons aussi que, dans le cas d une installation de relativement forte puissance, il vaut mieux la scinder en plusieurs petites installations complètement indépendantes. Par exemple, si les besoins réels sont de 9 kw, il vaut mieux placer trois installations indépendantes de 3 kw Cela ne coûte quasiment pas plus cher mais offre plus de souplesse et de sécurité de fonctionnement. Enfin, d'une manière générale, je recommande toujours de concevoir l installation avec simplicité et bon sens car, lorsqu on veut atteindre les derniers pourcents de gain, les prix et la complexité s'envolent Et, par conséquent, les ennuis et les soucis aussi " Résumons donc l'approche à respecter si l'on souhaite installer du photovoltaïque chez soi : 1. réduire au maximum la consommation de chauffage et d'électricité de la maison ; 2. donner la priorité aux panneaux solaires thermiques pour la production d'eau chaude sanitaire. On compte grosso modo deux mètres carrés de panneaux et cent litres d'eau de stockage par personne ; 3. en fonction de la toiture qui reste disponible, et en évitant les ombrages trop importants, on détermine la surface de photovoltaïque qu'on peut alors installer ; 4. enfin, et si les conditions le permettent, pourquoi ne pas envisager une petite éolienne ou un peu de production hydroélectrique?