Agence d Etudes et de Promotion de l Isère

Transcription

1 Septembre 2010 Filière Photovoltaïque ENJEUX & PERSPECTIVES Agence d Etudes et de Promotion de l Isère

2 2

3 Sommaire 1 Introduction : le marché mondial du photovoltaïque La production d électricité photovoltaïque La production de cellules photovoltaïques Vers une consolidation du marché Les différentes générations technologiques La filière silicium Les technologies «couches minces» Solutions organiques, la prochaine génération Les cellules photovoltaïques à concentration Les différents segments de marché La chaîne de valeur La production de silicium La production de cellules et modules photovoltaïques Equipements et fourniture de matériaux Composants «BOS» Ensembliers Installation des panneaux photovoltaïques L empreinte écologique du photovoltaïque Temps de retour et coefficient de performance Le recyclage des panneaux Le marché français Un marché en plein boom Soutien des politiques publiques L intégration au bâti D importantes opportunités de développement économique Le photovoltaïque en Isère et en Rhône-Alpes Rhône-Alpes : une région à potentiel solaire, l Isère dans le peloton de tête Les aides régionales et départementales Acteurs et fabricants rhônalpins Le marché des installateurs et des «sous-traitants aval» La recherche Les projets collaboratifs La formation L'environnement et les projets fédérateurs Benchmarking européen Annexe 1 : Des projets en Isère (source Ageden) Annexe 2 - Projets collaboratifs qui concernent l Isère

4 1 Introduction : le marché mondial du photovoltaïque 1.1 La production d électricité photovoltaïque Le marché mondial du photovoltaïque a continué sa progression en 2009 avec près de 23 GW 1 (7 GW en 2006 et 1,4 GW en 2001), soit une production d électricité multipliée par 16 en 10 ans. Même si elle demeure encore marginale l énergie solaire progresse rapidement avec des projections de l ordre de 2% de la production mondiale d électricité en Quatre pays dominent le marché mondial du photovoltaïque, avec 78% de la production d électricité. L Allemagne, qui tire depuis plus de dix ans la croissance mondiale, reste le premier marché avec 3,8 GW de nouvelles installations et une puissance totale installée de près de 10 GW. L Espagne en deuxième position grâce à une croissance exponentielle entre 2007 et 2008 (5 fois plus). Hors union européenne, les marchés japonais et américains se situent en troisième et quatrième position. Puissance installée à fin 2008 (en GW) Puissance installée à fin 2009 (en GW) Puissance installée sur l année 2009 Monde ,2 Europe (global) 10, ,6 Allemagne 5, ,8 Espagne 3,31 3,38 0,069 Japon 2,149 2,633 0,484 Chine 0,145 0,305 0,160 Etats-Unis 1,173 1,650 0,477 Italie 0,456 1,186 0,730 France 0,175 0,425 0,250 Le marché européen est de loin le plus important en terme de puissance installée : 16 GW cumulés soit 70 % de la puissance installée mondiale, dont près de 5,6 GWc installés durant l année 2009, soit une croissance annuelle de 53 %. La France occupe désormais le septième rang mondial, soit un bond de cinq places derrière l'italie et devant la Chine avec une puissance installée de 425 MW. La puissance photovoltaïque cumulée installée dans le monde pourrait atteindre 32 à 37 GW d'ici fin 2010, dont 24 à 26 GW en Europe selon le centre commun de recherche (Joint Research Center) de l'union européenne dans son 9ème rapport annuel sur l'état du photovoltaïque dans le monde. 1 Source Epia 4

5 Avec 7,2 GW installés en 2009, les prévisions projections à l'horizon 2014 sont revues une fois de plus à la hausse : elles devraient passer à 13,8 GW, selon les prévisions modérées de l'epia, mais pourraient atteindre 30 GW si les stratégies d'incitation aux installations photovoltaïques restent en place. Prévisions d installation par an et par zone géographique, d'ici EPIA 1.2 La production de cellules photovoltaïques L industrie photovoltaïque est entrée dans l ère de la production de masse. Entre 1998 et 2009, elle est passée d une production de 0,155 GWc à 12 GWc. L année 2010 devrait être celle de tous les records. Les capacités mondiales de production de cellules photovoltaïques devraient atteindre 18 GW 2 en 2010 et la production mondiale devrait progresser de 58% pour atteindre 8,9 GW. Source Eurobserv Er avril 2010 Dans le même temps, la demande ayant fortement diminué en raison de la crise financière, la production excède largement la demande, entraînant une importante baisse des prix 3 et la disparition des entreprises les plus fragiles. Le chiffre d'affaires du secteur devrait chuter de 19% à 12,9 milliards de dollars pour l année 2009 contre 15,9 milliards en 2008 et l équilibre ne devrait revenir qu à partir de La hiérarchie mondiale des pays producteurs ne cesse d évoluer. Le classement des 4 premiers pays producteurs s établit ainsi : la Chine, l'allemagne, le Japon et les USA. Si l Allemagne tente de résister (15% du marché), la Chine (38%) et Taïwan (12,2%) deviennent l atelier du monde pour la production de panneaux et de cellules photovoltaïques. La Chine, leader depuis affiche une progression spectaculaire : de 1% en 2003, le pays est passé à près de 32,7% de parts de marché en 2008 et à 38% en Elle compte plus de 400 entreprises sur le marché du photovoltaïque et exporte 98% de ses panneaux solaires. La part de l Allemagne diminue face à la Chine : 19% en 2005 ; 18,5 % en 2008 et 15% en Globalement, l Europe perd quelques points et représente en % de la production mondiale de cellules photovoltaïques. Le Japon décroît fortement, passant de 45% en 2005 à 12,5% en Les Etats-Unis stagnent avec près de 5% de parts de marché. 2 Source Photon International 3 Le prix moyen des panneaux installés devrait décroître de 4,20 dollars par watt à 2,50 dollars par watt 5

6 Source Eurobserv Er Contrairement à l époque où le marché industriel du photovoltaïque était concentré autour d une quinzaine d acteurs, aujourd hui, 35 acteurs se partagent 63% de la production mondiale. First Solar est le nouveau leader de la production de cellules PV, avec une croissance de plus de 100% en 2009 et 9,6 % de parts de marché. Il est intéressant de noter qu il est le seul producteur de cellules couches minces parmi les premiers fabricants mondiaux, le second producteur de couches minces (Sunpower) est placé en neuvième position. Suntech Power prend la deuxième place avec une production de 704 MWc sur ses 5 sites avec une capacité de production de 1100 MWc. L allemand Q Cells, n a su conserver son leadership, acquis au détriment de Sharp en Enfin, on notera le recul de deux ex leaders européens : BP Solar, placé aujourd hui à la 28 ème position et Photowatt qui passe à la 29 ème (14 ème en 2008). 6

7 1.3 Vers une consolidation du marché L industrie du photovoltaïque est passée d un mode de production semi-artisanal à une production automatisée et robotisée, intégrant le même type de moyens et d équipements que ceux que l on retrouve dans la microélectronique (même si les investissements liés à une unité de production PV n ont rien de commun avec ceux de l industrie des semi-conducteurs). La recherche d une taille optimale est également un enjeu qui nécessite des appuis financiers lourds. Dans la fabrication de cellules et modules PV, les économies d échelle sont essentielles vu l importance des coûts fixes, ce qui justifie l intégration verticale complète de certains acteurs. Au-delà d une recherche de réduction des coûts, cette intégration ou quasi-intégration leur permet également une meilleure gestion des risques et incertitudes liés au marché du photovoltaïque. Pour abaisser le coût de l énergie photovoltaïque produite (facteur clé pour le développement du marché) 3 pistes sont actuellement explorées : Economies d échelle liées à une production de masse. Amélioration du rendement des cellules. Ruptures technologiques. L année 2009 s est caractérisée par une surcapacité d approvisionnement en modules, avec l afflux massif d acteurs opportunistes sur l aval de la filière exploitant le déséquilibre entre les tarifs aidés et la brutale baisse des coûts des systèmes. Cependant, avec des taux de croissance de l ordre de 50% par an, le problème majeur auquel sont confrontées ces entreprises est l insuffisance de profits pour autofinancer leur croissance ; en effet, pour rester dans la course, il faut doubler les capacités de production tous les deux ans. La crise financière a eu également des conséquences sur les capacités de financement et a incité les investisseurs à devenir plus sélectifs. Ce processus verra sortir du marché les acteurs les moins compétitifs en termes de coût et de performance. Selon l analyste Dave Cavanaugh, la combinaison de la surcapacité et de la compétition entre fabricants va conduire à la baisse des prix et donc à l accélération de la parité avec l électricité conventionnelle de réseau dès 2013 dans de nombreux pays. 7

8 2 Les différentes générations technologiques La première génération, celle de la filière historique autour du silicium cristallin existe depuis plusieurs dizaines d années. Elle est de loin la plus mature et offre le meilleur rendement pour un coût modéré. La deuxième génération regroupe les technologies dites «couches minces». Le principe est la déposition d une fine couche de silicium amorphe ou d autres semi-conducteurs sur un substrat, en verre par exemple. Ces filières sont à l heure actuelle en début d industrialisation. Leur rendement est encore inférieur à celui des cellules cristallines mais tend à s améliorer pour un coût inférieur. La dernière génération en est encore au stade de la recherche ; elle explore la voie des nanomatériaux et des solutions organiques en visant de hauts rendements et des coûts de production de plus en plus bas. Source : GTM Research 2009 Capacités de production silicium polycristallin / couches minces Source EPIA Technologie Rendement Durée de vie Silicium cristallin 18 à 20 % (industriel) 35 ans Couche mince Silicium amorphe 10 % (Industriel) < 10 ans (en extérieur) Couche mince CIGS 12 % (industriel) 5 ans Couche mince CdTe 11 % (industriel) Non évaluée Filière organique 7 % (laboratoire) faible actuellement 8

9 2.1 La filière silicium Deux types de silicium sont utilisés : le silicium monocristallin qui offre un meilleur taux de conversion, et le silicium polycristallin (ou multi-cristallin), moins cher à produire. Le silicium monocristallin représente 90% du marché du silicium, mais compte tenu de son coût plus faible, le silicium polycristallin est le plus utilisé. (47% contre 35 % pour le monocristallin) 4. La répartition des ventes par technologie montre que le silicium cristallin domine encore largement avec 80% de parts de marché même si ce pourcentage baisse de manière significative chaque année. A court terme, la majorité des nouveaux entrants (essentiellement chinois) investissent dans la filière traditionnelle afin de répondre à la forte demande actuelle, avec des technologies éprouvées et des risques limités. Néanmoins, ils sont de plus en plus nombreux à se positionner sur les 3 technologies du PV afin de préparer l avenir. Pour rester dans la course il est important qu industriels, chercheurs et pouvoirs publics français s orientent vers des solutions plus innovantes permettant de préparer les futures générations de systèmes PV. L enjeu majeur pour la filière silicium est la diminution du coût des modules. Pour atteindre cet objectif, plusieurs voies complémentaires sont explorées : L optimisation des process de fabrication. L amélioration du rendement des cellules, qui passera principalement par un silicium de meilleure qualité et des améliorations techniques du type connexion arrière. L utilisation de silicium métallurgique qui permettrait de mettre sur le marché un silicium de qualité photovoltaïque à moindre coût (le projet Photosil s inscrit dans cet objectif). La réduction du coût des plaques en diminuant l épaisseur et en facilitant l accès à du silicium meilleur marché. L objectif en termes d épaisseur se situe autour de 150 µm permettant une consommation de silicium plus faible. La technologie «ruban» offre l avantage d utiliser moins de matière première et d être moins gourmande en énergie pour la production de cellules et modules. 2.2 Les technologies «couches minces» La production de cellules à partir de silicium est coûteuse car elle nécessite une excellente qualité de matériau et des quantités importantes (on en utilise 0,5 mm pour une cellule de 0,25 mm, le sciage en faisant perdre la moitié). Or, il suffit de 1 à 5 µm d un semi-conducteur «normal» (à gap direct) pour absorber le rayonnement solaire. Pour éviter les pertes de matière, la filière «couches minces» propose de déposer uniquement l épaisseur utile du matériau sur un substrat bon marché. Les couches minces présentent de nombreux avantages : une grande flexibilité de taille et de forme, la possibilité de les rendre semi-transparentes, de les intégrer sur toutes sortes de substrats (notamment des supports souples), et, d une manière générale des coûts de production plus faibles. En termes d applications, les cellules couches minces offrent de nombreux modes d intégration au bâtiment, tant sur le plan technique qu esthétique. Trois approches sont actuellement étudiées : le silicium amorphe (A-Si), la filière du CdTe (Tellurure de Cadmiun), et celle du CIS/CIGS (Cuivre Indium Gallium di-selenide / Cuivre Indium Gallium di- Selenide). Le silicium amorphe peut être déposé sur du verre ou des substrats souples. On peut en faire des rouleaux pour les toitures et le produire à des coûts compétitifs, mais les rendements obtenus ne dépassent pas 6-8%. Les couches minces sans silicium permettent de fabriquer des cellules à partir de cuivre, d indium et de sélénium (filière CIS) ou de tellurure de cadmium (filière CdTe). En laboratoire, le CIS atteint 20 % de rendement et 11% dans le commerce. Le CdTe arrive à 16,5 % (rendement record) et 10 % dans le commerce. Avec ce rendement respectable, un coût de production réduit et une stabilité dans le temps comparable à celle du silicium, l option CIS semble prometteuse, mais il manque encore le recul nécessaire pour offrir une garantie équivalente à celle du silicium. Le CdTe déposé par électrochimie, évaporation ou sérigraphie présente de sérieux atouts, notamment en termes de coûts de production et d adaptation à tous types de substrats. 4 Source lettre du solaire avril

10 Les technologies couches minces connaissent une progression spectaculaire (20% de parts de marché en 2009 contre 10% en ). La capacité de production de panneaux photovoltaïques couches minces dépasserait 10 GW d'ici fin 2012, estime GTM Research dans une récente étude consacrée aux différentes technologies dans ce secteur. Le développement rapide de la filière couches minces favorise l arrivée de nouveaux entrants sur le marché. Tiré jusqu'ici par la croissance de First Solar, un certain nombre de fabricants de solutions en silicium amorphe émergent actuellement sur des technologies CdTe et CIGS Selon Nanomarkets, le marché des couches minces passera de 2,4 milliards de dollars en 2008 à plus de 12 milliards en Pour l instant, étant donné leur rendement moins élevé, elles ne représentent pas une réelle solution alternative à la technologie silicium «classique» ; néanmoins si les importants investissements engagés ces derniers temps portent leurs fruits et permettent de produire des cellules de rendement équivalent, mieux adaptées aux contraintes du bâtiment, et à moindre coût, la filière silicium sera sérieusement concurrencée. Le procédé de fabrication des modules photovoltaïques couches minces nécessite en moyenne 13 opérations différentes contre 45 pour le silicium cristallin, il est donc plus rapide et moins coûteux. Une usine de production de cellules couches minces d une capacité de 400 MW par an pourrait, à terme, coûter 10 fois moins en investissements qu une usine comparable de cellules de silicium. 2.3 Solutions organiques, la prochaine génération Le but est de développer une nouvelle génération de cellules beaucoup plus légères et performantes en utilisant des polymères et des matériaux organiques. Le principe est de remplacer les composés minéraux constituant la cellule photovoltaïque par des polymères ou des molécules organiques. L objectif est aujourd hui d accroître les rendements en améliorant l efficacité de l absorption de la lumière et en jouant sur l architecture des cellules. Les cellules organiques du futur seront transparentes, flexibles et particulièrement minces. Installées sur les toits, les façades ou même les fenêtres, elles produiront le courant nécessaire à la consommation électrique des bâtiments. Adaptées aux téléphones portables et aux objets nomades, elles en fourniront l'alimentation électrique. 2.4 Les cellules photovoltaïques à concentration Le solaire à concentration (CPV) (dit solaire thermodynamique) est une des technologies les plus avancées du solaire thermique et se montre prometteuse sur le marché de l énergie, tout au moins en termes de capacité de croissance. Il connaît actuellement un véritable explosion, selon isuppli qui prédit une puissance installée de 10,8 GW d'ici 2014, contre seulement 0,290 GW en Cette technologie consiste à concentrer le rayonnement solaire à l aide de miroirs sur un point focal afin d obtenir des températures très élevées (de 400 c à 1000 c) qui permettent la production de vapeur d eau et donc d électricité. Quatre grandes familles existent dans ce domaine, dont deux sont beaucoup plus développées : Les centrales cylindro-paraboliques, où la concentration du rayonnement se fait sur un seul foyer, un tube à fluide caloporteur, pour obtenir une haute température, dominent clairement le marché. Les centrales à tour, équipées d une multitude de miroirs orientables. Sa capacité de stockage est un atout important par rapport au photovoltaïque (possibilité de produire le matin, par exemple, et de stocker l énergie thermique pour produire de l électricité l après-midi aux heures de pointe.) Cette technologie est également très prometteuse pour des centrales de grande puissance qui peuvent bénéficier d économies d échelle importantes. Grâce à cette technologie de concentration, les matériaux semi-conducteurs peuvent être remplacés par des systèmes à lentilles meilleur marché, et le rendement est ainsi amélioré. Enfin, il est possible de coupler les centrales à concentration avec des centrales à gaz ou à des usines de désalinisation pour valoriser au mieux la chaleur produite et accroître le rendement des installations. Le coût de production se situe entre 15 et 30 centimes le Kwh. Cependant, ce type de système nécessite un très fort ensoleillement et une faible humidité mais doit disposer d eau pour les besoins du refroidissement. Cette technologie est particulièrement adaptée au sud- 5 Source : JRC, PV news 10

11 ouest américain, au Moyen-Orient, au pourtour méditerranéen, aux déserts d Australie ou du Chili. Les Etats- Unis et l Espagne sont actuellement les deux marchés les plus importants car ils bénéficient d un contexte réglementaire très favorable. La filière devrait connaître une très forte croissance en Afrique du Nord, en Australie et en Chine. Les Espagnols et les Allemands ont investi beaucoup plus sur cette technologie et ont aujourd hui des entreprises en pointe, comme Abengoa, Acciona ou Iberdrola pour les premiers ou Solar Millennium et Schott pour les seconds. Pour l Allemagne, c est un marché d export. D autres pays misent sur cette technologie, comme l Inde ou l Italie. La France est aujourd hui en retrait sur ce marché malgré la présence d industriels présents sur différents composants, comme Saint-Gobain pour les miroirs ou Alstom pour les turbines, ainsi que des projets pilote en cours de développement. Il n y a pas de blocage majeur pour le développement de cette technologie mais il existe quelques freins dont l absence de tarif d achat spécifique. En principe, c est le tarif pour le non intégré au bâti qui s applique, mais il est aujourd hui plafonné à heures par an pour bénéficier de l obligation d achat. En Isère, la société Soitec, spécialiste des matériaux innovants pour l industrie microélectronique, a racheté fin 2009 une société allemande Concentrix Solar, l un des premiers fournisseurs mondiaux de cellules photovoltaïques à concentration dans le but d améliorer les performances des cellules photovoltaïques et de compléter l'expertise développée par Concentrix dans les systèmes CPV à haut rendement pour centrales électriques solaires. 11

12 3 Les différents segments de marché 3.1 La chaîne de valeur Les systèmes PV sont composés de cellules (transformation de l énergie lumineuse en énergie électrique), de modules (ensemble de cellules couplées) et de l ensemble des autres éléments permettant l intégration du système. Pour les sites isolés du réseau électrique, un système de stockage (généralement électrochimique) y est adjoint. Dans le cas des systèmes raccordés au réseau, qui représentent aujourd'hui l'essentiel du marché mondial, le courant continu issu des modules est transformé en courant alternatif via un onduleur. En ce qui concerne la filière «historique» autour du silicium, on peut diviser la chaîne de valeur en trois grands segments indépendants les uns des autres : la production de matière première silicium, la production de cellules et modules photovoltaïques, l ensemble des composants du dispositif communément appelé «Balance Of System» (BOS) permettant de stocker l énergie produite et de la relier au réseau (onduleurs, batteries, contrôleurs de charge, etc.). Source Epia Les équipements autres que les modules photovoltaïques représentent entre 20 % (lorsque le système est connecté au réseau) et 70 % (lorsque le système ne l est pas) du coût global de l installation. La production de ces équipements est devenue un segment important au sein du marché du photovoltaïque. 3.2 La production de silicium Afin de comprendre l évolution de la filière, il est important de s intéresser à la matière première nécessaire. Malgré le développement de technologies alternatives le silicium reste aujourd hui le matériau le plus utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques. On l'obtient par réduction à partir de silice, composé le plus abondant dans la croute terrestre, présent notamment dans le sable ou le quartz. La première étape est la production de silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement, obtenu à partir de morceaux de quartz. Le silicium de qualité photovoltaïque doit être purifié jusqu'à plus de 99,999%, en le transformant en un composé chimique qui sera distillé puis retransformé en silicium. On tire ensuite des lingots de silicium qui seront sciés en tranches (wafers) pour fabriquer des cellules photovoltaïques. 12

13 3.3 La production de cellules et modules photovoltaïques La cellule est l'élément de base des panneaux solaires. Il s'agit d'une plaque de silicium (ou d un autre semiconducteur) recouverte d'une couche de verre et d'un film anti-réfléchissant. Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un "trou". Le principe de la cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau : il apparaît ainsi une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces, comme une pile. Le silicium est traité (dopé) de manière à jouer le rôle de clapet anti-retour (diode) d'électricité et ainsi à diriger tous les électrons dans le même sens. Si on ferme le circuit électrique, le courant peut circuler. La tension est peu variable alors que le courant est quasi proportionnel à la lumière reçue ; les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent ainsi un courant électrique continu. La tension de sortie d'une cellule est faible (0,6 V), c'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque. Le taux de rendement d'une cellule photovoltaïque est défini comme le rapport entre la puissance électrique disponible et la puissance du rayonnement capté. Si tous les photons étaient absorbés et donnaient des électrons libres, le rendement serait alors de 100 %. Dans la réalité, d'une part, tous les photons ne sont pas absorbés (certains sont réfléchis d'autres diffusés), d'autre part, l'absorption n'engendre pas forcément un électron libre dans la cellule ; en pratique le rendement d une cellule photovoltaïque est donc loin d atteindre 100%. 3.4 Equipements et fourniture de matériaux Les deux filières du silicium cristallin et des couches minces requièrent chacune de nombreux équipements spécifiques pour leurs chaînes de production : équipements pour réaliser des dépôts sous vide, fours de fusion et cristallisation, pompes à vide, machines de sérigraphie, etc. En parallèle des équipementiers on trouve les fournisseurs de matériaux nécessaires à la fabrication : lingots et plaquettes, gaz spéciaux, liquide de polissage, verres spéciaux, films de face arrière, miroirs haute performance Composants «BOS» Au delà des modules, le coût et la performance globale d une installation photovoltaïque dépend des autres composants (batteries, onduleurs, contrôleurs de charge, etc.) et de leur bonne intégration. L électricité produite n étant pas utilisée immédiatement, elle être stockée, d où l importance croissante des systèmes de conversion courant continu/courant alternatif et de stockage d énergie. La problématique du stockage de l électricité produite apparaît comme l un des enjeux majeurs pour l avenir et comme l une des clés du développement du marché. Avec le développement rapide des systèmes connectés au réseau, les onduleurs PV, élément clé du système, connaissent également des taux de croissance spectaculaires. Pour isuppli, le marché mondial des onduleurs solaires s élèverait en 2010 à 5,3 milliards de dollars et atteindrait 8,9 milliards de dollars en Le nombre d onduleurs vendus passerait de 2,6 millions d'unités en 2010 à 23,3 millions d'ici

14 3.6 Ensembliers En aval de la production, des ensembliers se chargent de fournir aux installateurs des systèmes complets en réponse à un cahier des charges : choix des modules, des composants, des connectiques et des matériel électriques associé. Les ensembliers peuvent produire eux-mêmes un élément de la chaîne de valeur du photovoltaïque. 3.7 Installation des panneaux photovoltaïques Le marché de l installation de panneaux photovoltaïques se porte bien et il est intéressant de noter une tendance forte pour fiabiliser les installations avec de multiples outils de contrôle et suivi, de gestion de l ombrage mais aussi en amont le dimensionnement ou le calcul d ensoleillement. Pour estimer la production d une installation, il faut prendre en compte sa puissance, les données en Heures Pleine Puissance selon le site d implantation (le niveau d ensoleillement n est pas le même selon les mois de l année, selon la localisation et la couverture nuageuse) et l angle d incidence du panneau qui varie selon l orientation et l inclinaison. Malgré ces calculs, de nombreux propriétaires d installation PV n ont pas les retours de revenus escomptés, soit parce que l installateur a embelli le potentiel de production d énergie ou/et l installation est de mauvaise qualité. D après le Consuel (Comité national pour la Sécurité des usagers de l électricité) de nombreuses non-conformités électriques ontt été constatées : 37 % des installations photovoltaïques ne seraient pas conformes (étude sur unités contrôlées en 2009). Le ministère de l Ecologie (Meeddm) a en effet décidé de modifier le décret de 1972 rendant obligatoire dans le logement l attestation de conformité pour toute installation électrique neuve, pour l étendre aux installations de production électrique, notamment photovoltaïques. Depuis mars 2010, le passage du Consuel est désormais obligatoire pour garantir la sécurité électrique de l installation avant sa connexion au réseau électrique. 14

15 4 L empreinte écologique du photovoltaïque 4.1 Temps de retour et coefficient de performance La production d électricité photovoltaïque est exempte de pollution au niveau local comme au niveau mondial : elle n émet pas de gaz à effet de serre, ne puise pas dans des ressources minérales en grande quantité, et il peut facilement être intégrée dans l environnement urbain, à proximité des besoins de consommation les plus importants. Ces particularités font du photovoltaïque l une des filières les plus prometteuses et les mieux adaptées à moyen et long terme pour la production mondiale d électricité, aussi bien dans les pays riches (OCDE) que dans les pays en développement. Toutefois, avant de produire de l électricité, la fabrication, l installation et plus tard le démantèlement et le recyclage des équipements en fin de vie demandent une certaine quantité d énergie, qui doit d abord être «remboursée» pour que l électricité photovoltaïque puisse être considérée comme renouvelable et propre 6. Deux indicateurs sont intéressants à retenir pour évaluer l empreinte écologique d un système photovoltaïque : le temps de retour énergétique nombre d années que met un système pour rembourser le contenu énergétique nécessaire à sa fabrication et à son installation, le coefficient de performance: nombre de fois qu un système photovoltaïque remboursera son contenu énergétique sur sa durée de vie. Une étude réalisée par l Agence Internationale de l Energie 7 pour plusieurs villes de l OCDE (dont Lyon) s est intéressé à la filière silicium qui est le plus consommatrice d énergie, notamment pour la production de silicium et de wafers. L étude indique que pour Lyon, une installation PV en toiture qui produit 984 kwh / an aura remboursé en moins de 3 années le contenu énergétique nécessaire à sa fabrication et à son installation (4 années pour une installation en façade). Par ailleurs, pendant sa durée de vie, l installation en toiture remboursera 10,7 fois son contenu énergétique (6,5 fois pour une installation en façade). Les résultats de cette étude montrent que le retour énergétique des systèmes photovoltaïques est très bon puisqu il varie entre 1,36 et 4,7 années selon le pays où est située l installation photovoltaïque et le type d intégration (façade ou toiture). 6 Synthèse de l étude du temps de retour énergétique des systèmes photovoltaïques dans les villes de l OCDE Bruno Gaiddon, Marc Jedliczka - Hespul 7 «Etude comparée d une sélection d indicateurs environnementaux de l électricité solaire photovoltaïque (PV) dans les villes de l OCDE». International Energy Age Etude comparée d une sélection d indicateurs environnementaux de l électricité solaire photovoltaïque (PV) dans les villes de l OCDEncy (IEA) Photovoltaic power systems program, European Photovoltaic Technolgy Plateform (EPTP), European Photovoltaic Industry Association 15

16 4.2 Le recyclage des panneaux Les premiers parcs photovoltaïques installés il y a une vingtaine d années atteignent leur durée de vie maximale. La question du recyclage des panneaux se pose alors et des circuits doivent se structurer. A l horizon 2020, la quantité de déchets annuelle à traiter est estimée à T. Face à cet enjeu, les producteurs de panneaux ont intérêt à inclure le recyclage des panneaux dans leurs réflexions. La décision a été prise de travailler en étroite collaboration avec l Union Européenne pour établir un schéma volontaire de récupération des déchets basé sur le principe du pollueur-payeur. En juillet 2007, l association PV Cycle a été créée pour mettre en place ce schéma. Elle regroupe près de 80% des industriels de la filière photovoltaïque en Europe. L accord volontaire qui a été signé prévoit qu à l horizon 2015 : 65% des panneaux photovoltaïques usagés seront collectés 85% des matériaux des panneaux usagés collectés seront recyclés. Cet engagement, plus exigeant que la DEEE (directive européenne sur les Déchets d Equipements Electriques et Electroniques), vise trois objectifs : réduire le volume de déchets issus du photovoltaïque, augmenter la réutilisation des matériaux renouvelables tels que le verre, le silicium et autres semiconducteurs, réduire la consommation d énergie et les impacts environnementaux de l industrie photovoltaïque. Si l organisation de la collecte et du traitement reste simple à imaginer et à mettre en place, les procédés technologiques de recyclage sont encore en développement. Des projets ont déjà été conduits pour les deux principales générations de panneaux photovoltaïques (silicium cristallin et couches minces). Pour la filière silicium cristallin, Deutsche Solar a développé une ligne complète de recyclage à Freiberg 8. Un traitement thermique permet d isoler la cellule. Les autres matériaux (verre, métaux, plastiques ) sont intégrés aux filières classiques de recyclage. Un traitement chimique va ensuite isoler le wafer de silicium, qui sera réutilisé dans la production de nouveaux panneaux. Bien entendu, ce procédé a des impacts environnementaux (énergie pour les fours, eau, produits chimiques pour le traitement ) mais le bilan final montre que le recyclage et la réutilisation des wafers compensent largement l impact du traitement thermique et chimique, comme le montre le graphique suivant. Pour la filière «couches minces», une difficulté apparait les matériaux utilisés étant considérés comme toxiques (notamment le cadmium pour la technologie CdTe). Il faut préciser que le cadmium est un déchet issu de l extraction industrielle du zinc. Ainsi, l'électricité solaire photovoltaïque est non seulement rentable mais en plus elle réduit les effets toxiques de la génération de combustible fossile tout en empêchant le cadmium élémentaire potentiellement dangereux de se retrouver dans l'environnement. First Solar a mis au point un procédé de recyclage des panneaux CdTe. Plusieurs étapes permettent d isoler tous les composants et notamment les semi-conducteurs (dont le Cadmium). Ceux-ci sont récupérés et peuvent être réintroduits dans la production de nouveaux panneaux. Au total, 90% du verre et 95% des matériaux semi-conducteurs sont récupérés. Le coût du recyclage est inclus dans le prix de vente des panneaux. Au-delà de l industrialisation de ces procédés de recyclage et de leur généralisation, des efforts sont conduits en amont par les producteurs pour faciliter le retraitement des panneaux, comme le développement de nouvelles méthodes d encapsulation ou la réduction de l épaisseur des matériaux semi-conducteurs. 8 LIFE CYCLE ANALYSIS OF A SOLAR MODULE RECYCLING PROCESS : Anja Müller, Karsten Wambach - Deutsche Solar AG, Solar Material, Erik Alsema - Department of Science, Technology and Society, Copernicus Institute, Utrecht University 16

17 5 Le marché français 5.1 Un marché en plein boom Avec 450 MW installés cumulés dont 250 MW 9 sur la seule année 2009, le parc photovoltaïque français enregistre une croissance de 140 %. Il a été multiplié par 10 depuis 2006 et annonce 850 MW cumulés pour fin A ce niveau, fin 2010, les objectifs européens pour lesquels la France s est endossé de 20% d'énergie renouvelable en 2020 seront largement remplis. La France est donc en avance sur ces objectifs en 2012 : 1100 MW installé cumulé, en 2020 : MW. Prévisions de croissance pour le marché français Source EPIA début 2010 La France se place aujourd hui au 4 ème rang européen derrière l Allemagne, l Espagne et l Italie en puissance installée par an et en 7 ème position au niveau international. Ne tirant du solaire que 0,05% de l'électricité qu'elle consomme (production équivalente pour habitants), elle reste loin derrière les pays leaders Ce niveau d installation inférieur à nos voisins européens s explique en partie par le choix de ne pas favoriser le développement des centrales au sol en leur attribuant un tarif d achat relativement faible. 9 Baromètre PricewterhouseCoopers, 17

18 90 % des systèmes PV français en service ont une puissance inférieure à 3 KW. Seules une vingtaine de centrales ont une puissance supérieure à 500 kw (7 en 2009). Sources : SER-ENR, Ademe Les projets de centrale au sol se multiplient en France depuis 2008, essentiellement dans le sud de la France. Des démarches en région et en local sont en cours de réalisation pour identifier les sites à valoriser. Cependant, ces projets nouveaux entraînent des difficultés et doivent être maîtrisés : vigilance sur des questions d implantation, d insertion et de concertation. Les coûts d'investissement et de maintenance sont également plus élevés. Source PwC

19 5.2 Soutien des politiques publiques La croissance du marché photovoltaïque français a démarré grâce à la mise en place d un système devenu très incitatif (prix de rachat d électricité par EDF augmentés, crédit d impôts sur l équipement) et qui a évolué à plusieurs reprises en 2006, 2008 et enfin en 2010, pour devenir l un des plus attractifs. Nouvelles aides tarifaires pour les bâtiments professionnels et ceux de l Etat, simplification des démarches administratives, lancement d appel d offre pour la construction d ici 2010 d au moins une centrale solaire dans chaque région française (puissance cumulée 300 MW- répartie en fonction du potentiel solaire de chaque région 20 MW minimum pour la région Rhône-Alpes). Le tarif d achat de l énergie électrique a également été réévalué début 2010 et diminueront de 10% par an à partir de 2012 afin de contrôler l emballement de la croissance. Il s établit désormais, pour la métropole, d un tarif de rachat de 31,4 à 37,68 c/kwh selon les départements et de 58 c/kwh en cas d intégration au bâti. Ramené au prix du kwh, qui dépend de l ensoleillement et de la durée de vie des panneaux (25 ans en moyenne) et grâce aux aides fiscales et régionales, le coût de production de l électricité solaire est d environ 30 cents par kwh en moyenne en France, soit 3 fois plus que le prix de l électricité vendue par EDF (11 centimes d euros par kwh). Face à la croissance de la filière PV en France, le gouvernement a décidé d adapter le dispositif de soutien par les tarifs d achat mi-septembre afin de rentrer dans une phase de développement et non une phase d amorçage de la filière. Nouvelles conditions d achat d électricité produite par le solaire MAJ Sept 2010 Aides indirectes à l investissement Installation avec «intégration au bâti» Installation avec «intégration simplifiée au bâti» Installation non intégrée au bâti et au sol Particuliers - Crédit d impôt 25% du montant de l'investissement système PV (pour toute installation inférieure ou égale à 3kW). Plafonné à 8000 pour une personne et pour un couple - TVA à 5,5 % pour l achat du matériel et son installation réalisée par un professionnel (mesure valable jusqu'en 2010 et pour les bâtiments de plus de 2 ans) 58 c /kwh pour projet inf. à 3 kwc sur habitations neuves ou existantes, 51 c /kwh pour projet sup. à 3 kwc Non Bâtiments prof. et d Etat - Amortissement accéléré ou exceptionnel - Réduction de l assiette de calcul de la taxe professionnelle 51 c /kwh pour les bâtiments de santé et d enseignement 44 c /kwh pour les autres bâtiments (bureaux, sites industriels, et agricoles) clos et couverts 37 c /kwh 27,6 à 33,12 c /kwh selon l ensoleillement des départements en France métropolitaine et la puissance installée, 27,6 c /kwh pour Rhône-Alpes 35,2 c /kwh dans les DOM-TOM et la Corse 5.3 L intégration au bâti Les choix du gouvernement sont clairs : l intégration des panneaux solaires au bâtiment est encouragée. Les nouvelles règles d intégration au bâti sont améliorées, de sorte que ce tarif favorise les solutions architecturales et esthétiques les plus accomplies et positionne les industriels et artisans sur un secteur innovant et à forte valeur ajoutée, bien que l offre ne soit pas encore très étoffée. 19

20 Le prix de rachat de l électricité produite par des installations photovoltaïques intégrées au bâti (de 50 à 58 c /kwh) a pour conséquence de rendre extrêmement attractif le segment de marché du BIPV 10. La création d un nouveau tarif «intermédiaire» pour l intégration simplifiée au bâti doit favoriser le développement du solaire sur les bâtiments professionnels pour lesquels des solutions totalement intégrées ne sont pas toujours possibles. L'intégration architecturale BIPV consiste à incorporer les modules photovoltaïques à la surface de bâtiments (façades, murs et toits) afin de créer un produit unique, un élément de construction doté d une fonctionnalité PV. On parvient à une intégration parfaite lorsque l élément de construction et le composant PV ne peuvent plus être dissociés. Lorsque des panneaux sont intégrés dès la construction d un bâtiment, le coût global du système est réduit de manière significative. L objectif du gouvernement français, avec l augmentation du prix de rachat, est de dynamiser et d accélérer l innovation et de généraliser l usage des systèmes photovoltaïques en tant que matériau à part entière. Le segment BIPV connaît la plus forte progression puisqu il croît à un rythme de 60% par an dans les pays où la législation encourage la tarification verte. À l heure actuelle il existe très peu de produits sur le marché, à moyen terme on peut parier que les modules «classiques» montés sur des supports métalliques seront remplacés par des modules intégrés dans les bâtiments pour des raisons esthétiques mais également de coût et de facilité d installation. Tous les acteurs s accordent à dire que le développement du marché français passera par le segment du BIPV. Celui-ci intéresse fortement les acteurs du bâtiment qui voient dans le photovoltaïque l opportunité d élargir leur offre traditionnelle sur un marché à fort potentiel de croissance. Les constructeurs vont devenir des prescripteurs de solutions PV et la collaboration amont entre architectes-bâtisseurs-bureaux d études et producteurs d équipements énergétiques sera essentielle. Les cabinets d ingénierie et les architectes «bioclimatiques» seront également des acteurs importants de la filière, créant de l emploi localement. Selon Pike Research, le marché des applications photovoltaïques de type intégré au bâti représenterait 2,4 GW en termes de puissance installée dans le monde d'ici 2016, contre 215 MW en La société d'études considère donc ce secteur comme un marché à fort potentiel en général, et en particulier pour les solutions couches minces et autres tuiles photovoltaïques. 5.4 D importantes opportunités de développement économique La France de par ses importantes surfaces agraires, son ensoleillement et son retard en matière de production d énergie renouvelable, devient le pays d Europe possédant l un des meilleurs «gisements» d énergies renouvelables par le solaire. Passant de la douzième à la septième place mondiale en termes de puissance installée, la demande ouvre des opportunités économiques importantes et pousse la filière française du PV à se développer et à maîtriser l ensemble de la chaîne de valeur. De plus en plus d acteurs issus de secteurs d activités différents s intéressent à ce marché : des entreprises étrangères de la filière PV qui souhaitent s implanter sur le marché français ; de nouveaux entrants issus du bâtiment qui se diversifient dans l énergie solaire, estimant qu il s agit d un important relais de croissance (Air Liquide, Somfy, Schneider, Imerys TC ). des acteurs issus des énergies non renouvelables (EDF, Total ) qui souhaitent être présents dans les deux filières afin de disposer de bouquets énergétiques diversifiés. Le SER, syndicat des énergies renouvelables, a recensé dans un guide 150 acteurs industriels de toute taille, tant fabricants que sous-traitants dans l Hexagone 11. Les acteurs spécialisés comme Photowatt ou Tenesol, y figurent en bonne place. Cette filière naissante est désormais active dans la création de nouveaux emplois. Il est estimé que dans le cadre d une filière intégrée, 1 MW installé génère 35 emplois. Fin 2009, on estimait à le nombre d emplois directs dans la filière photovoltaïque française 12, en amont de la filière et en aval. Selon l ADEME ce nombre pourrait atteindre emplois à l horizon Building Integrated Photovoltaics 11 Disponible en ligne sur 12 Rapport Charpin 20

21 D une manière générale, les acteurs du PV sont fortement intégrés et recourent peu à des sous-traitants en matière de production. La logique du «produire en interne» reste largement dominante. En amont, les équipementiers de la micro-électronique profitent de l'engouement mondial pour les énergies renouvelables. Cette sous-traitance amont reste cependant réservée à des entreprises aux fortes compétences distinctives et dotées d une grande aptitude à l innovation. Les besoins les plus significatifs concernent une sous-traitance de proximité dans le domaine des services à l installation, à la maintenance et à l ingénierie. La France pourrait ainsi combler son retard en occupant des segments du marché encore peu fréquentés, notamment en aval et en tablant sur des produits à haute valeur ajoutée. L intégration des systèmes au bâti mobilise des industriels de nombreux secteurs d activités (tôlerie, emboutissage, thermoformage, injection plastique ) et fait appel à des installateurs-couvreurs spécialisés (et donc formés ). Le déploiement d'une industrie solaire compétitive pourrait permettre le développement (ou la reconversion) de nombreuses sociétés spécialisées (intégrateurs, consultants, distributeurs ) dans tous les domaines du bâtiment et des services. La structuration d une industrie française compétitive et la reconversion des équipementiers et sous-traitants des industries traditionnelles vers cette filière émergente sont conditionnées par de nombreux facteurs, et, à ce titre, la formation représente certainement l un des enjeux les plus importants. En effet, afin de répondre à la demande croissante et pour éviter la pénurie de main d œuvre qualifiée, il est impératif de mettre en place une offre de formation adaptée, que ce soit pour la formation initiale des techniciens et ingénieurs, ou au niveau de la formation continue pour la filière du bâtiment et les industries traditionnelles. La mise en place de partenariats et de projets de R& D entre les différents acteurs de la filière et les laboratoires de recherche est également essentielle. Source SER-SOLER 21

22 6 Le photovoltaïque en Isère et en Rhône-Alpes 6.1 Rhône-Alpes : une région à potentiel solaire, l Isère dans le peloton de tête Rhône-Alpes se place 3 ème ou 4 ème région française sur le marché du solaire PV selon les chiffres que l on distingue : en nombre d installations ou en puissance installée et continue de progresser. Son parc a quintuplé entre 2007 et 2008, portant la puissance installée fin 2009 à 23,9 MWc 13 ce qui représente un taux d équipement de 4,5 Wc 14 par habitant, sensiblement supérieur à la moyenne nationale, La région bénéficie d un ensoleillement favorable par rapport à d autres régions françaises. Les grandes viles de Rhône-Alpes ont en moyenne de 1240 Heures Pleine Puissance (Grenoble à 1290 et Lyon à 1200). Les disparités en France vont de 985 HPP pour Amiens à 1490 HPP à Toulon pour une moyenne de 1200 HPP (sur 69 villes) 15 Source JRC- european commission 13 Source Soler-avril Source Eurobserv er avril Analyse AEPI avec des données magazine énergie et développement durable mai-juin

23 L Isère est le département qui connaît le plus fort développement, à la fois en termes d évolution du marché et de parc installé en Rhône Alpes. Répartition des puissances totales PV par département source SoeS second trimestre Les aides régionales et départementales La plupart des Régions ont initié des politiques de soutien au développement des installations photovoltaïques. C est le cas de Rhône-Alpes qui encourage le développement des filières d efficacité énergétique et d énergies renouvelables de façon ciblée. Elle souhaite conditionner ses aides relatives aux énergies renouvelables à la prise en compte de l efficacité énergétique dans les bâtiments. Dans le cadre de la politique de l énergie, la région participe sur la base d un forfait, au financement de chauffe-eau solaires et de systèmes solaires combinés en faveur des particuliers. Elle bonifie par ailleurs la production de kwh pour le photovoltaïque raccordé au réseau. D autres aides sont proposées par la Région concernant les études et réalisations pour le logement (propriétaires et bailleurs), pour les bâtiments publics (collectivités), et pour les projets du secteur collectif privé intégrant l utilisation d énergies renouvelables. En juillet 2007, le Conseil régional Rhône-Alpes a décidé de lancer un appel à projets pour des réalisations photovoltaïques portées par des maîtres d'ouvrages autres que les particuliers, par exemple des systèmes installés lors de rénovations de bâtiments et de parcs solaires. Pour l année 2010, elle lance un nouvel appel à projet pour soutenir les projets d installations photovoltaïques raccordées au réseau qui présentent un caractère démonstratif et un intérêt pour le développement de la filière. Les conseils généraux de l Isère et de la Savoie ont également mis en place des programmes d aide au développement de l énergie solaire photovoltaïque. Les subventions du Conseil général de la Savoie 16 sont destinées aux collectivités et établissements publics ; les aides du Conseil général de l Isère 17 concernent également les particuliers et les collectifs privés. Par ailleurs, la Savoie a confié à l ASDER (Association Savoyarde de Développement des Energies Renouvelables) une mission d assistance à la maîtrise d ouvrage, permettant à tous les bénéficiaires de se faire accompagner gratuitement dans leurs démarches. Au total, les aides attribuées par les collectivités (Région, Département et crédit d impôt) couvrent environ 60 % du coût de l installation % de la dépense subventionnable, aide plafonnée à 3,8 /Wc 17 1 /Wc pour les bâtiments publics et les copropriétés, 0,5 /Wc installé (plafonné à 1000 ) pour les particuliers 23