L utilisation des panneaux photovoltaïques dans les installations de séchage en grange dans l Ouest de la France 17, rue du Bas village CS 37725 35577 Cesson-Sévigné CEDEX Tel : 02 99 41 57 35 ou segrafo.ouest@yahoo.fr www.segrafo.com
Dans l Ouest de la France, 95 % des installations de séchage en grange de fourrages en vrac utilisent l énergie solaire pour réchauffer l air qui sera soufflé sous le tas de foin. Le système est basé sur un toit de couleur foncée qui capte l énergie du soleil. Avec le développement de la production d énergies renouvelables sur les exploitations agricoles, des sécheurs s interrogent sur l opportunité d installer des panneaux photovoltaïques sur un séchoir en grange. Pour connaître les avantages et les inconvénients d une installation de panneaux photovoltaïques, nous avons réalisé une enquête téléphonique chez 5 les exploitants équipés de l Ouest (1 en Basse Normandie, 2 en Bretagne et 2 dans les Pays de la Loire). Rappel sur le fonctionnement d un panneau photovoltaïque Un module photovoltaïque est composé de cellules, qui, par un effet photoélectrique, produisent un courant électrique continu à partir du rayonnement solaire. Ce courant passe ensuite dans un onduleur qui le transforme en courant alternatif afin qu il puisse être injecté dans le réseau national. Injecter l électricité produite dans le réseau n est pas obligatoire, mais pour fonctionner en circuit fermé sur le lieu de production et pour assurer une disponibilité constante en électricité, il faudrait utiliser des batteries dont le prix est très élevé. Il n est donc, aujourd hui, pas rentable de procéder de cette manière. C est pour cette raison que, dans la grande majorité des cas, l électricité produite est revendue aux gestionnaires du réseau électrique tels que ERDF. Depuis 2006, un tarif d obligation d achat a été mis en place. Ce tarif est fixé par arrêté et oblige les gestionnaires à appliquer un prix identique entre tous. Les tarifs actuels (arrêté du 4 mars 2011), pour les bâtiments agricoles, varient entre 28 et 35 cts d euros /KWh, selon la puissance de l installation (jusqu à 100 KW). A noter, en revanche, que, l électricité empruntant toujours le chemin le plus court, il est fort probable qu elle soit ensuite réinjectée dans le réseau proche de l exploitation. Système de réchauffage de l air Le principe de réchauffage de l air est identique à celui des systèmes de toit noir. De la même manière, un collecteur de l air chaud est installé. Il se constitue, pour la partie supérieure, des panneaux photovoltaïques et pour la partie inférieure d une sous toiture, de l OSB généralement. La couleur noire des panneaux photovoltaïques permet de capter efficacement l énergie solaire pour réchauffer l air qui passera entre les deux toitures. L air réchauffé est ensuite conduit par des gaines jusqu au caisson des ventilateurs pour être soufflé sous le tas de foin. On le voit donc, ce n est pas le fonctionnement électrique des panneaux photovoltaïques qui permet de réchauffer l air mais uniquement sa couleur foncée. Dans certains cas, un capteur solaire classique complète l action des modules photovoltaïques, soit parce qu il était existant avant l installation des panneaux, soit parce qu il est installé sur la face la moins exposée du toit du séchoir (exemple : panneaux photovoltaïques sur la face sud-est et toit noir sur la face nord-est du séchoir). La température de l air réchauffé est rarement mesurée mais on observe peu ou pas de différence avec les systèmes de toit noir, soit une élévation de température comprise entre 5 et 10 C. Caractéristiques d une installation photovoltaïque sur un séchoir Fixation des panneaux photovoltaïques Les modules photovoltaïques, regroupés dans un cadre en Circulation de l air aluminium, sont, dans la plus part des cas, posés sur un rail en aluminium, lui-même fixé directement sur les pannes de la toiture. Des joints en caoutchouc relient les panneaux entre eux et permettent d assurer l étanchéité de l installation. Par ailleurs, les rails fonctionnent un peu comme des gouttières, en collectant les gouttes de condensation. Enfin, il est fréquent que les installateurs utilisent un OSB dit marine, plus résistant à l humidité. Dans certains cas un film peut également être placé sur le sous toiturage pour le protéger. Une nouvelle technologie a, par ailleurs, été mise en place récemment par une entreprise spécialisée dans la fabrication de panneaux photovoltaïques. Les modules photovoltaïques (sans cadre aluminium) sont fixés sur une tôle d aluminium à l aide de parcloses et de gougeons (sans perforation de la tôle). La transmission de la chaleur est alors optimisée et atteint 46% (entre 40 et 45% pour un toit noir). Les modules n étant pas tous fixés les uns aux autres, c est, en partie, la taule qui amortit les vibrations éventuelles dues aux mouvements de la griffe. Spécificités dues au séchage en grange Une contrainte supplémentaire doit être prise en compte lorsque les panneaux sont placés au dessus d un séchoir utilisant une griffe à fourrage pour la manutention du foin. En effet, les vibrations induites, notamment lorsque la griffe arrive au niveau de la buttée du rail, peuvent être préjudiciables pour les panneaux photovoltaïques. Certains ont donc installé des silent blocks en caoutchouc entre les pannes et le rail afin d amortir davantage les vibrations.
Dans les systèmes classiques de toit noir, l air est très souvent aspiré par les pignons du bâtiment de séchage. Dans le cas des panneaux photovoltaïques, l air peut être aspiré par les pignons mais peut aussi entrer par le haut et/ou le bas de la toiture, au niveau du faîtage et des gouttières. Cette aspiration plus importante de l air permet une meilleure ventilation sous les panneaux, condition essentielle pour un rendement optimal des modules photovoltaïques. Dans certains cas, il n y a pas d ouverture au niveau du faîtage mais des trappes d aération sont créées afin de disposer d un autre moyen de ventilation de l air en cas de grosse chaleur. Par ailleurs, certains font fonctionner les ventilateurs pour refroidir les panneaux lorsqu il fait très chaud, et ce, même s il n y a pas de foin à sécher. Certaines installations sont également équipées d une sonde de température qui déclenche les ventilateurs lorsque la température devient trop importante sous les panneaux (40 C par exemple). A noter que cette température est rarement atteinte en Bretagne ou en Normandie. Principaux intérêts Toutes les personnes interrogées ont installé leurs panneaux photovoltaïques il y a moins d un an. Ainsi, le recul sur cette association séchage en grangepanneaux photovoltaïques est très faible. Cependant, au cours de leur première année, ou premier trimestre d utilisation, tous ont obtenu de bons résultats au niveau de la production électrique des panneaux. Ces résultats sont bien sûr dépendants des conditions climatiques mais soulignent également un fonctionnement efficace des panneaux et donc une bonne ventilation de ces derniers. Concernant l efficacité du séchage, personne n a déploré d incident. La chaleur dégagée par les panneaux est donc suffisante. Finalement, on peut se poser la question de savoir quels sont les réels intérêts d installer des panneaux photovoltaïques sur un séchoir en grange? On peut citer dans un premier temps, le rendement plus important des modules photovoltaïques, du à une ventilation efficace sous les panneaux. Dans ce cas, c est le séchage qui présente un intérêt pour le photovoltaïque. Par ailleurs, ce système permet d utiliser de manière rentable une surface de toit déjà existante, celle du séchoir. Le revenu supplémentaire, apporté par la vente d électricité, permet ainsi de rembourser en partie les annuités liées au séchoir. Enfin, de manière générale, ce système contribue à la production d une énergie propre et au développement d une image positive de l agriculture. Finalement, au niveau de la technique de séchage, la plus value d une installation de panneaux photovoltaïques est faible (élévation de la température quasi équivalente à celle d un toit noir), cette installation apporte plutôt une plus value économique. Principaux inconvénients Comme cela a été dit précédemment, nous ne disposons, pour le moment, que de très peu de recul sur ce couplage. On peut cependant déjà pointer les aspects sensibles qu il faut traiter en priorité dans le but d assurer le bon fonctionnement du système : -S assurer de la bonne étanchéité de la sous toiture : matériaux adaptés, rail de collecte. -Prendre en compte les vibrations induites par les mouvements de la griffe. -Démarcher les assureurs : un certain nombre d assureurs refuse d assurer ce type d installation. Ils évoquent le risque important d incendie du à l installation de panneaux photovoltaïques au dessus d un stockage de fourrage. Les exploitants contre-argumentent alors en soulignant que le risque d incendie dans un séchoir en vrac est nettement plus faible que dans un lieu de stockage en balles. -La capacité d investissement doit être relativement importante pour investir à la fois dans un séchoir en grange et à la fois dans une installation de panneaux photovoltaïques. L investissement et le retour sur investissement Pour les installations enquêtées, mise en place entre 2010 et 2011, l investissement était compris entre 4 et 5 /Wc. Leur retour sur investissement se situe entre 10 et 13 ans. Tous sont signataires d un contrat de rachat à 0.60 /kwh. Aujourd hui, suite à la baisse du prix des panneaux mais également du tarif d achat de l électricité, l investissement se situe plus tôt entre 2.4 et 3 /Wc. Le retour sur investissement, quant à lui, est très variable selon les installations, entre 10 et 18 ans. Le développement du photovoltaïque sur les séchoirs en grange Depuis la baisse des tarifs de rachat de l électricité de mars 2011, le nombre de projets de couplage séchage en grange - panneaux photovoltaïques a diminué. Le nouvel arrêté a mis en place un plafonnement des tarifs pour les installations d une puissance inférieure à 100 KWc, soit environ l équivalent d une toiture de 1000 m². La diminution des tarifs est de l ordre de 20%. Par ailleurs, les projets de plus de 100 KWc doivent désormais faire l objet d appels d offre. Quant aux freins parfois rencontrés pour assurer son installation, il semble que la plus part des sécheurs(3 exploitations sur 5 enquêtées)ait contourné cette difficulté en installant les panneaux sur un bâtiment différent de celui supportant la griffe et abritant le fourrage. Cette solution, lorsque la construction ou l utilisation d un autre bâtiment est possible, apparait, en effet, comme la solution la moins contraignante et la moins risquée. Les monographies des fermes enquêtées sont disponibles sur demande ou sur le site Internet du SEGRAFO (www.segrafo.com). Septembre 2011
Exploitation bovins lait dans l Eure Installation photovoltaïque de 36 KWc Année : 2006 Capacité : 200 T de MS Nombre de cellules : 3 dont 1 de stockage uniquement Système de réchauffage de l air complémentaire aux photovoltaïques: capteur solaire de 560 m² Gain de température de l air soufflé: pas de donnée Différence de température entre la partie toit noir et la partie photovoltaïque? Impression d une augmentation de la température : le ventilateur capte d un côté l air venu du capteur solaire et de l autre côté l air issu des panneaux photovoltaïques donc il est possible de distinguer les 2 températures. Mais aucune mesure n a été faite. Date d installation : mai 2010 Surface des panneaux : 280 m² Type de panneaux : monocristallins Puissance de l installation: 36 KWc Production par an: 40 000 KWh (prévisionnel : 35 700 KWh) Exposition des panneaux : sud Pente du toit : 40% Montage des panneaux : Les panneaux se situent sur un appentis dans le prolongement du séchoir. Ils sont posés sur un rail aluminium, lui même fixé à une charpente traditionnelle. Les modules sont reliés entre eux par un joint en caoutchouc. La sous toiture est constituée par des panneaux OSB. Conditions de montage particulières dues au séchage en grange: Il n y en a pas puisque les panneaux se situent sur un appentis, il n y a donc pas de risque de vibrations dues à la griffe. En revanche, pour protéger l OSB de la condensation, un film a été posé dessus. Circulation de l air dans le collecteur : L aspiration de l air se fait au niveau des gouttières, sur toute la longueur de l appentis. Une vingtaine de vasistas ont été installés pour évacuer la chaleur, notamment lorsque les ventilateurs ne tournent pas. S il fait très chaud, les ventilateurs peuvent être mis en marche pour obtenir une ventilation plus efficace. Efficacité des panneaux : bonne, le prévisionnel de production annuelle a été dépassé. Efficacité du séchage : bonne Assurance : Pas de problème particulier puisque les panneaux ne se situent pas au dessus des cellules de stockage. Investissements Investissements du séchoir: 218 000, hors matériel Investissements des panneaux photovoltaïques : 180 000 (hors maçonnerie et charpente) soit 5 /Wc Subventions pour les panneaux photovoltaïques : 50 000 Prix de rachat de l électricité : 0.6 cts/kwh Retour sur investissement estimé : 10 ans
Exploitation Bovins lait dans le Morbihan Installation photovoltaïque de 110 KWc Année : octobre 2010 Capacité : 150 T de MS Nombre de cellules : 4 dont 1 de stockage uniquement Système de réchauffage de l air complémentaire aux photovoltaïques: non Gain de température de l air soufflé : non mesuré, non estimé Date d installation : 2010 Surface des panneaux : 600 m² sur le bâtiment des génisses +250 m² sur la laiterie (non reliés au collecteur d air chaud) Type de panneaux : Monocristallins Puissance de l installation: 110 KWc Production par an: 125 000 KWh (prévisionnel) Exposition des panneaux : sud (toit classique en fibrociment sur le pan nord) Pente du toit : 20 % environ Montage des panneaux : Les panneaux se trouvent sur le bâtiment des génisses. Un collecteur permet d emmener l air chaud jusqu au caisson des ventilateurs. Les panneaux sont posés sur des rails en aluminium, servant aussi de gouttières. Ils sont reliés par des joints en caoutchouc. La sous toiture est constituée d OSB 4. L épaisseur de la lame d air entre l OSB et les panneaux est de 10 cm. Conditions de montage particulières dues au séchage en grange : Aucune puisque les panneaux ne sont pas montés au dessus des cellules de stockage Circulation de l air dans le collecteur: au niveau du faîtage et des gouttières. Efficacité des panneaux : Peu de recul mais bonne pour le moment Efficacité du séchage : bonne Assurance : pas de problème particulier car les panneaux ne se trouvent pas sur le séchoir. Investissements Investissements du séchoir: 190 000, matériel compris Investissements des panneaux photovoltaïques : 700 000 pour les 2 toitures (6.3 /Wc) Subventions pour les panneaux photovoltaïques :aucune Prix de rachat de l électricité : 0.6 cts/kwh Retour sur investissement estimé : entre 13 et 14 ans Pourquoi avoir installé des panneaux photovoltaïques? Un premier projet de panneaux photovoltaïques avait été engagé sur la toiture de la laiterie (qui était à refaire). Puis, est venue l idée d en installer également pour le fonctionnement du séchoir. Il s agissait également de pouvoir dégager un revenu supplémentaire.
Exploitation Bovins lait dans le Maine et loire Installation photovoltaïque de 117 KWc Année : avril 2011 Capacité : 450 T de MS Nombre de cellules : 3 Système de réchauffage de l air complémentaire aux photovoltaïques: capteur solaire classique pour la partie du toit orienté NE, de 464 m². Gain de température de l air soufflé : pas de donnée Date d installation : 2011 Surface des panneaux : 528 m² dont la chaleur est récupérée pour le séchoir + 300 m² sur le couloir d alimentation (non relié au collecteur d air chaud) Type de panneaux : polycristallins Puissance de l installation: 117 Kwc Production par an : 120 000 KWh (prévisionnel) Exposition : Sud Est Pente du toit : entre 20 et 25% (pente des bâtiments d élevage) Montage des panneaux :il s agit d un système intégré total (Mecosun), sur rails aluminium. Les panneaux sont reliés par des joints en caoutchouc. La sous toiture est constituée d OSB marine permettant une protection contre la condensation. Les rails peuvent également récupérer les gouttes qui pourraient se former. Conditions de montage particulières dues au séchage en grange: Pas d adaptation particulière Circulation de l air dans le collecteur :Entrées d air par les pignons ainsi que par le faîtage et au niveau des gouttières. Il n y a pas de système de sécurité si la température augmente trop. Avec les multiples ouvertures, il n y a, normalement, pas de risque de surchauffe. Efficacité des panneaux : bonne. La production est supérieure de 30 % par rapport au prévisionnel sur avril-mai-juin 2011. Ceci est du à des mois plus ensoleillés qu à l habitude mais aussi à une bonne circulation de l air sous les panneaux. Efficacité du séchage :bonne Assurance : L exploitant a été confronté à une réticence de son assureur, les panneaux se trouvant au dessus d un lieu de stockage de fourrage où le risque d incendie était, selon lui, trop important. Finalement, après lui avoir expliqué que le risque d incendie dans un séchoir en grange en vrac est minime et en lui rappelant que toute la ferme était assurée chez eux, l assureur a accepté. Investissements et coût de fonctionnement Investissement du séchoir: 220 000, matériel et stabulation compris, subventions déduites. Investissements des panneaux photovoltaïques : 480 000 (4 / Wc). Subventions pour les panneaux photovoltaïques : aucune Prix de rachat de l électricité : 0.60 /KWh Retour sur investissement estimé : 11 ans Pourquoi avoir installé des panneaux photovoltaïques? C était l occasion d utiliser de manière optimale les toits du bâtiment et du séchoir nouvellement installés. De plus, le prix de rachat était intéressant et permettait un revenu supplémentaire. Le marché a été négocié avec deux autres voisins.
Exploitation Bovins lait dans la Sarthe Installation photovoltaïque de 128 KWc Année : juillet 2010 Capacité : 350 T de MS Nombre de cellules : 3 Système de réchauffage de l air complémentaire aux photovoltaïques: non Gain de température de l air soufflé : au maximum 9 à 10 C de plus que l air ambiant (sonde à l entrée et à l extérieur). Date d installation : juillet 2010, fonctionnement électrique août 2010 Surface des panneaux : 920 m² Type de panneaux : polycristallin Puissance de l installation : 128 kwc Production : 127 000 KWh (prévisionnel) Exposition : sud Pente du toit : 35 % Montage des panneaux: Les panneaux se situent uniquement sur le côté sud du séchoir, un appentis a par ailleurs été ajouté dans le prolongement sud du séchoir. Le caisson des ventilateurs se trouve au milieu. Sur le côté nord, il s agit d un toit normal, ne collectant pas l air chaud. Les panneaux sont montés sur des rails gouttières (posés sur les pannes) qui permettent de récupérer les gouttes de condensation s il y en a. La sous toiture se compose de panneaux OSB. Celui-ci a été contrelatté afin que l eau de la condensation puisse ruisseler le long. Les panneaux sont posés sur un cadre aluminium avec un joint de 0.5 cm tout autour, pour amortir les vibrations. Conditions de montage particulières dues au séchage en grange: Un travail de groupe a été effectué entre le constructeur du bâtiment, le poseur des panneaux photovoltaïques, Yann Charrier et les exploitants. Un silent block en caoutchouc a été ajouté entre les pannes et le rail pour amortir d avantage les vibrations dues à la griffe (notamment lorsqu elle arrive à la butée du rail). Circulation de l air: L aspiration de l air se fait par les pinions mais également par le haut et le bas de la toiture (espace de 5 à 6 cm). Ces ouvertures permettent une bonne ventilation des panneaux et évitent ainsi une surchauffe. Efficacité des panneaux :bonne. Il prévoit de dépasser de 20% les prévisions de production initiales. Efficacité du séchage : bonne Assurance : L exploitant a rencontré, chez certains assureurs, des réticences par rapport à l emplacement des panneaux photovoltaïques au dessus de matières inflammables telles que le foin. Finalement, une compagnie a accepté d assurer l installation pour un prix raisonnable. Investissements Investissement du séchoir: 200 000 sans l autochargeuse Investissements des panneaux photovoltaïques : 650 000 soit 5 / Wc Subventions pour les panneaux photovoltaïques : aucune Prix de rachat de l électricité : 0.60 /KWh Retour sur investissement estimé : 13 ans
Exploitation Bovins lait dans le Finistère Installation photovoltaïque de 54 KWc Année : 2006 Capacité : 150 T de MS Nombre de cellules : 3 Système de réchauffage de l air complémentaire aux photovoltaïques: capteur solaire de 240 m² sur le pan nord du bâtiment. Gain de température de l air soufflé : en moyenne de 7 à 8 C et au maximum jusqu à 13 C (lorsqu il y a du soleil et pas de vent) Différence de gain de température entre le toit noir et les panneaux photovoltaïques : très peu de différence(entre 0 et 1 C). Date d installation : 2010 Surface des panneaux : 400 m² Type de panneaux : monocristallins Puissance de l installation : 53.8 KWc Production par an : 62 000 KWh Exposition : sud Montage des panneaux : Les panneaux se situent sur la stabulation des génisses. Ils sont fixés sur un rail en aluminium et reliés entre eux par des joints en caoutchouc. L isolation sous panne est en mousse polyuréthane avec une face en aluminium pour une meilleure étanchéité. L épaisseur de la lame d air est de 28 cm entre les panneaux photovoltaïques et la sous toiture. Conditions de montage particulières dues au séchage en grange: Aucune puisque les panneaux photovoltaïques ne sont pas installés sur le séchoir. Circulation de l air: L air entre par les pignons du bâtiment. L exploitant a également ajouté des trappes (non utilisées pour le moment) que l on ouvre en cas de fortes chaleurs ou si les ventilateurs ne fonctionnent pas. Par ailleurs, une sonde de température devrait être raccordée pour déclencher les ventilateurs lorsque la température est trop importante sous les panneaux (>35 c). Mais pour le moment, l exploitant n en a pas eu besoin. Efficacité des panneaux : La production a été plus importante que ce qui avait été prévu (+ 6 à 7%). Le rendement semble en effet légèrement plus important du fait de la ventilation (des études montrent une diminution de rendement de 0.4% par C au dessus de 25 c, donc difficilement mesurable). Efficacité du séchage : bonne Assurance : Pas de réticence puisque les panneaux ne sont pas directement sur le séchoir. Investissements Investissements du séchoir: 148 300, matériel compris Investissements des panneaux photovoltaïques : 260 000 soit 4.8 /Wc Subventions pour les panneaux photovoltaïques : 63 000 (ADEME, Conseil Général, Conseil Régional) Prix de rachat de l électricité : 0.60 /KWh Retour sur investissement estimé : entre 7 et 8 ans Coûts supplémentaires non budgétisés : abonnement de 70 euros par mois à EDF pour le droit d injecter le courant produit dans le réseau + taxe professionnelle. Pourquoi avoir installé des panneaux photovoltaïques? La production d électricité constitue un moyen de diversifier ses revenus. De plus, il s agissait de produire sa propre énergie, dans l espoir que bientôt, cette électricité pourrait être consommée directement sur la ferme (aujourd hui la consommation de la ferme et des habitations est quasiment identique à la production).