PANNEAUX SOLAIRES Les technologies

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1 PANNEAUX SOLAIRES Les technologies Ch Leroux 11/ (Sources Ademe ) 1

2 Les panneaux solaires permettent de récupérer l énergie solaire inépuisable sans émissions de gaz à effet de serre durant leur utilisation. Ce sont des dispositifs séduisants qui présentent de nombreux avantages. Inconvénient : ils sont dépendants du caractère fluctuant du rayonnement solaire et restituent une énergie transformée que l on ne sait pas bien stocker 2

3 Deux types de panneaux solaires existent : Les panneaux solaires photovoltaïques qui produisent de l électricité Les panneaux solaires thermiques qui produisent de la chaleur Les panneaux photovoltaïques sont utilisés essentiellement pour l alimentation électrique des bâtiments, soit en rénovation, soit en neuf. Ils existent en superposition à la toiture mais aussi intégré à cette dernière. Ils peuvent aussi faire l objet de centrale de production au sol Les panneaux thermiques sont destinés essentiellement à l habitat pour la production d eau chaude sanitaire et/ou de chauffage. Il existe aujourd hui des panneaux hybrides (photovoltaïques et thermiques) délivrant électricité et chaleur pour production d eau chaude 3

4 Installation privative posée sur toiture Quelques dizaines de kw Installation de toiture pour Locaux territoriaux, agricoles, Industriels, commerciaux.. Quelques dizaines à centaines de kw Parc au sol pour production collective d électricité (plusieurs centaines de kw) 4

5 Principe de fonctionnement : Des semi-conducteurs (silicium) transforment la lumière solaire en électricité. Un module photovoltaïque est une pièce en matériau semi-conducteur, qu on assemble pour former un panneau solaire photovoltaïque. Plusieurs technologies existent à ce niveau (cellules mono/polycristallines, amorphes à base de silicium ou métaux plus rares. L association de plusieurs panneaux constitue l unité de production d électricité. Le courant produit est de type continu, éventuellement stocké dans une batterie puis transformé en tension alternative 220 V par un onduleur. Il peut alors être injecté dans le réseau national (revente) et/ou être utilisé en autoconsommation. 5

6 Batterie Régulateur Réseau public 6

7 Principales caractéristiques : La puissance photovoltaïque : s exprime en Watts-crête. Elle est déterminée par le matériau qui constitue le panneau solaire et par sa surface. Les installations les plus courantes développent une puissance de 1,5 kwc à 3kWc, c est-à-dire de 15 à 30 m2 de panneaux. Le rendement intrinsèque du panneau varie en général entre 7 et 20%, la plus grande partie de l énergie est perdue en chaleur. La quantité d énergie (kwh) produite par une installation de panneaux photovoltaïque dépend donc au total de : la technologie des panneaux utilisés (rendement) la taille, l orientation, l inclinaison de l installation l ensoleillement variable selon les conditions météo et les régions. En moyenne une surface de module de 25 m2 de modules photovoltaïques produit environ 3000kWh par an. ( La consommation électrique moyenne (hors chauffage et ECS) d un ménage français est de l ordre 3500KWh par an à Paris). Note : le coût d un panneau d 1m2 se situe entre 250 et 300 euros. 7

8 Tendances, quelques chiffres : Le photovoltaïque est une des sources d énergie qui devrait être la plus déployée à l avenir dans le monde (40 GW/an de croissance de 2015 à 2020) La capacité totale disponible en France à décembre 2015 : 6,2 GW soit 1,6 % de la consommation nationale d énergie (source SER et RTE) La plus grande partie des installations du parc est constituée de petits systèmes intégrés au bâti, de puissance inférieure à 36 Kw (97% du nombre d installations) mais qui ne représentent que 25% de la puissance totale. La tendance est aujourd hui au déploiement des grandes installations sur toitures et au sol. Cout d un panneau photovoltaique : Il existe également des variantes qui permettent d intégrer les panneaux à la toiture, à l enveloppe afin de profiter d une meilleure esthétique. 8

9 Synthèse des différentes caractéristiques Energie disponible partout en France, variable selon l ensoleillement des régions, par définition fluctuante et devant en général être connectée au réseau. Une technologie modulable pouvant être utilisée dans une grande variété d applications : petits systèmes secteur résidentiel, moyenne puissance sur toitures agricoles, industrielles ou commerciales, centrales au sol de grandes puissance pour production d électricité, centrales non connectées au réseau dans les dites isolés Une amélioration constante de la technologie induisant une élévation du rendement énergétique Cout de revient du kwh encore cher, mais diminuant rapidement du fait de la baisse des coûts de fabrication, qui dépend également du prix de l électricité revendue à l opérateur national (prix fixé par décret gouvernemental, en baisse constante : 20 cmes) et des aides. Une augmentation significative de le durabilité (30 ans pour les panneaux) et une durée de retour d investissement constamment réduite inférieure à cette durabilité Une ressource énergétique locale pouvant être valorisée dans la perspective d autoconsommation (le raccordement au réseau restant pratiquement indispensable du fait de la difficulté encore importante à stocker l électricité produite) 9

10 Impact environnemental faible : temps de retour énergétique et émissions de CO2 peu élevés (sur l ensemble de la durée de vie, un système PV installé en France métropolitaine émet en moyenne 55 g de CO2 équivalent par kwh produit (à comparer aux mix électrique de 82 g). L empreinte carbone décroit régulièrement. Malgré tout les technologies de fabrication, restent à améliorer. Le recyclage des panneaux photovoltaïques traite avant tout du SiO2 qui n est pas un polluant mais est accompagné de métaux comme le plomb, zinc, cadnium. Qui sont maintenant pris en compte par des directives européennes avec des objectifs élevés. 10

11 La réglementation Respect des articles de loi et règles d urbanisme : PLU Sites classés Zones de protection Règlements de copropriété Réglementation spécifique des champs photovoltaïques DOCUMENT ADEME : Photovoltaïque et collectivités territoriales (Guide) Les collectivités territoriales disposent de nombreux leviers pour faciliter le développement de Projets photovoltaïques sur leur territoire. Selon leur degré d implication, elles peuvent agir à Plusieurs niveaux : Créer un cadre favorable au développement de projets, apporter des financements Adéquates, accompagner des porteurs de projets, voire participer au montage de projets. Ce guide à destination des collectivités territoriales a pour ambition de poser le cadre d analyse Des projets photovoltaïques sous l angle d une approche de proximité. Il n a pas vocation à être Utilisé comme un guide opérationnel, mais plutôt à susciter des questionnements transversaux à la Lumière de nombreux retours d expériences menés dans ce domaine par des acteurs public locaux 11

12 Recommandations Avant toute décision d installation de panneaux solaires photovoltaiques, une sérieuse analyse de pertinence, de faisabilité, de rentabilité est à envisager. Il est nécessaire de bien apprécier le besoin énergétique afin de dimensionner correctement la centrale photovoltaïque. Un coefficient de perte est à appliquer selon la région, la configuration de l installation, les aléas météorologiques.. L étude technique et la réalisation doit être confiée à des professionnels reconnus compétents, labellisés. Le matériel installé doit être conforme aux normes en vigueur La maintenance doit être scrupuleusement assurée Les systèmes intégrés doivent faire l objet d une attention particulière au regard des risques de perte d étanchéité encouru. 12

13 Les panneaux solaires thermiques 13

14 Le solaire thermique convertit le rayonnement solaire en chaleur : Un fluide caloporteur, enfermé dans des tubes, absorbe la chaleur du rayonnement solaire et la redistribue au réseau d eau de chauffage. On distingue les capteurs plans et les capteurs sous vide destinés aux applications de production d eau chaude domestique et collective et les capteurs à concentration orientés vers l industrie. Il existe également des panneaux aérothermiques, où l air circule dans Des zones à effet de serre et ou réchauffée elle est ensuite ventilée dans les habitats pour le chauffage. 14

15 Principe de fonctionnement 15

16 Une installation solaire thermique est capable de fonctionner dans toute région et peut assurer de 20 à 40 % des besoins domestiques. Comme pour les panneaux photovoltaïques, on récupère une énergie fluctuante qui nécessite un stockage afin de répondre aux besoins domestiques. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour produire de l eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe eau solaire individuel (CESI). Des systèmes solaires combinés(ssc) commencent à se développer pour produire de l eau chaude sanitaire et de l eau chaude destinée à participer au chauffage de l habitat. Le rendement global est lié à la réalisation d éléments venant compléter le besoin énergétique incluant l isolation de l habitat. Ils présentent l avantage d utiliser des matériaux identiques à ceux du chauffage individuel et ne nécessitent pas de transport d énergie. L énergie reste difficilement stockable ou pour de courtes périodes. Elle dépend des conditions géographiques et météorologiques. Leur durée de vie est supérieure à 20 ans 16

17 Caractéristiques, quelques chiffres Rendement : supérieur à 70 % Production de 300 à 500 kwh par m2 de capteur/an selon des départements 1 m2 de capteur pour environ 10 m2 à chauffer Production quotidienne moyenne nord France : 2,4 à 3,4 kwh/m2 Production quotidienne moyenne sud France : 3,4 à 4,4 kwh/m2 Coût moyen du m2 installé 1200 euros/m2 pour une installation ECS (2013) Coût de l énergie produite : 0,2 à 0,7 euros/kwh sans subvention (Valeur 2013 Ademe) 17

18 La réglementation Respect des articles de loi et règles d urbanisme : PLU Sites classés Zones de protection Règlements de copropriété DOCUMENT ADEME : Photovoltaïque et collectivités territoriales (Guide) Les collectivités territoriales disposent de nombreux leviers pour faciliter le développement de Projets photovoltaïques sur leur territoire. Selon leur degré d implication, elles peuvent agir à Plusieurs niveaux : Créer un cadre favorable au développement de projets, apporter des financements Adéquates, accompagner des porteurs de projets, voire participer au montage de projets. Ce guide à destination des collectivités territoriales a pour ambition de poser le cadre d analyse Des projets photovoltaïques sous l angle d une approche de proximité. Il n a pas vocation à être Utilisé comme un guide opérationnel, mais plutôt à susciter des questionnements transversaux à la Lumière de nombreux retours d expériences menés dans ce domaine par des acteurs public locaux 18

19 Recommandations Avant toute décision d installation de panneaux solaires photovoltaiques, une sérieuse analyse de pertinence, de faisabilité, de rentabilité est à envisager. Il est nécessaire de bien apprécier le besoin énergétique afin de dimensionner correctement la centrale photovoltaïque. Un coefficient de perte est à appliquer selon la région, la configuration de l installation, les aléas météorologiques.. L étude technique et la réalisation doit être confiée à des professionnels reconnus compétents, labellisés. Le matériel installé doit être conforme aux normes en vigueur La maintenance doit être scrupuleusement assurée 19

20 Le recyclage des panneaux thermiques Les panneaux thermiques contiennent du verre, de l aluminium, du cuivre.. Au moins recyclables à 90 %. Ils polluent très peu lors de leur réalisation. 20

21 Les panneaux hybrides 21

22 Un panneau solaire hybride permet à la fois de produire de l électricité et de la chaleur : C est un système de cogénération qui permet d une part d augmenter le rendement des cellules photovoltaïques en abaissant leur température, et d économiser de l espace en combinant la production électrique et thermique sur une même surface Ce type de panneau solaire produit simultanément le l eau chaude solaire et de l électricité photovoltaique. Le constructeur affirme un rendement photovoltaique trois fois supérieur à celui d un panneau classique. Le système bénéficie de plusieurs certifications europeennes 22