Le potentiel Photovoltaïque André Mermoud Université de Genève andre.mermoud@unige.ch SCANE - 29 mai 21 Sommaire Le potentiel solaire Chiffres-clé Contribution à la production de réseau Les installations Genevoises - Prospective Comparaisons avec la Suisse et l'allemagne L'évolution du marché coûts L impact environnemental
Le potentiel solaire Puissance solaire interceptée par la Terre: 174' TW soit 342 W/m² moyenne plan horizontal Au niveau de la mer: reste 5% 169 W/m² en moyenne Energie: 1.5 * 1 18 kwh/an 65 x la consommation mondiale d énergie (1 GTep) Surface recevant du soleil l équivalent de la consommation d électricité en Suisse : 7 x 7 km² Pour faire 2% de notre électricité actuelle : 11 x 11 km² de capteurs Technologies du PV Deux grandes classes de technologie: Capteurs Si-cristallins Efficacité cellules 15-18 % Efficacité modules 12-15 % => 8 m² de capteurs par kwc 25 : 94% du marché 29 : 85% du marché Capteurs en couches minces Efficacités 6-11 % => 2 x plus de surface nécessaire Fort potentiel des coûts de fabrication 29: moins de 1 US$/Wc (prod). Très forte progression depuis 26
Quelques chiffres-clés Puissance lumineuse du soleil, perpendiculaire Energie sur plan horizontal à Genève Puissance moyenne horizontal à Genève 1 W/m² 125 kwh/m² ( à Dakar 22 kwh/m²) 137 W/m² Unité de puissance d'une installation PV 1 kwc (puissance produite sous 1 W/m² et 25 C) Surface de capteurs correspondante: 8 m2 / kwc (Si-c) ou:.8 hectare / MWc Energie produite par une installation PV (optimale à Genève) 1 kwh / kwc 12 kwh / m² => Facteur d'utilisation d'une installation PV 12 % (= fraction de temps opérationnelle équivalente à Puissance nom.) L'apport du PV à Genève Consommation électrique du canton: 2'96 GWh 746 W/hab dont usages domestiques: 31 % 23 W/hab Production Photovoltaïque 29: 6. GWh 13.3 kwh/hab (.2% de la consommation électrique totale ) 1.5 W/hab Installations PV actuelles 6.4 MWc 14. Wc/hab Surface de capteurs 51' m².11 m²/hab Si on veut passer à 2% de la consommation électrique globale: Production Photovoltaïque 593 GWh 15 W/hab il faut installer 625 MWc 1.4 kwc/hab Surface de capteurs 5 millions m² 11 m² /hab (1.8 % de la surface du Canton) (3 m² de bâtiments/habitant: 1/3 du bâti)
L'apport du PV à Genève Puissance installée [MWc] 14 12 1 8 6 4 2 Installations PV à Genève: cumul 199-29 Install. en augm. de 35% / an Depuis 21: Install. supposées +3% / an 199: première centrale 3 kwc 29: 6'4 kwc installés représente une augmentation annuelle des installations de 35 % Politique volontariste : Subventions + Tarif de rachat ou Bourse Solaire 199 1995 2 25 21 215 22 225 23 235 24 Si on continue à +3%/an: 6' kwc installés en 225 Puissance installée [MWc] 7 6 5 4 3 2 1 Installations PV à Genève: augment. 3%/an 225: 6 MWc - 2% de l'électricité Si on tient l'exponentielle à 3%/an, ceci suppose qu'en 224, on construirait 1 MWc! 199 1995 2 25 21 215 22 225 23 235 24 L'apport du PV à Genève Installations annuelles [MWc] 1 8 6 4 2 Installations PV à Genève: nouvelles installations Nouvelles installations: supposé 3%/an depuis 212: progression diminuée de 12% /an Mais une progression purement exponentielle n est pas réaliste! Si la progression des nouvelles installations est limitée à 25 MWc/an : 199 1995 2 25 21 215 22 225 23 235 24 7 6 Installations PV à Genève: progression réaliste 25: 6 MWc - 2% de l'électricité actuelle Avec limitation de la progression: 6' kwc installés en 25 Puissance installée [MWc] 5 4 3 2 1 depuis 212: progression diminuée de 12% /an 199 1995 2 25 21 215 22 225 23 235 24
6 5 4 3 2 1 Grid centralised Grid distributed Off-grid industrial Off-grid domestic L'apport du PV en Suisse Switzerland: Total installed [MWp] Installés fin 27: 36.2 MWc 4.7 Wc/hab Production PV 32 GWh /consomm. élec..5 % Nouvelles installations PV: 3 MWc/an "stable" Fin du programme Energie 2! 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 28 Switzerland: Annual new installations [MWp] 12 Objectif 2% de la consommation: => installation de 14' MWc (.28% de la surface Suisse) 1 8 6 Grid Off-grid avec +3%/an: atteint en 233 +2%/an: 244 +1%/an: 276 4 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 28 6 5 4 3 2 L'apport du PV en Allemagne Germany: Total installed [MWp] Grid centralised Grid distributed Off-grid industrial Off-grid domestic Installés fin 28: 5'5 MWc 67 Wc/hab Production PV.66 % cons. Nouvelles installations 28 1 5 MWc/an Augm. de +5%/an depuis 199! 1 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 28 Germany: Annual new installations [MWp] 16 14 12 1 Grid Off-grid +36% +33% Si l Allemagne continue avec +3%/an : Objectif 2% d électricité PV 8 6 4 +72% => 168 GW installés, atteint en 22 2 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2 21 22 23 24 25 26 27 28
Limitations réseau: 2% de PV 14 12 Prod. et bilan 21 sept. 25 [MW] Hydro, accumulation Hydro, fil de l'eau Nucléaire Thermique Consommation Réseau Suisse: Profil de productions et consommations 25 1 Exportation 8 6 Importation 4 2 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 Heure 1 24: Bilan avec 14 GWc de PV [MW] 14 Exportation ou stockage: 4 GW Production Solaire PV Hydro, accumulation Hydro, fil de l'eau Consommation 25 Profil possible avec production PV pour un parc de 14 GWc et beau jour sur tout le pays: 4 GW de surproduction à stocker ou exporter (ou réguler)! 8 6 4 2 Importation ou déstockage 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 Heure Stockage saisonnier A la fin de l'été, les bassins d'accumulation sont pleins... gesamte_erzeugung_verbrauch_6.pdf
Coûts du système et de l'énergie Prix d un système PV en Suisse: < 1 kw 9.3 F / Wc (IEA-PVPS, 28) > 1 kw 8. F / Wc Réalité, à Genève (21-23) 1. 13. F / Wc Intégré + 2 à 3% 12. 17. F / Wc Prix du kwh produit: dépend De l investissement (intégration, type de modules, tracking, etc) Des conditions de prêt (durée et taux d intérêt, usuel 2 ans à 4 ou 5%) Du système (orientation, ombrages) De la localisation (Genève 15 kwh/kwc, Espagne 16 kwh/kwc) De la dégradation éventuelle du système, remplacement onduleurs, assurance, Prix indicatif pour une installation "moyenne" en Suisse (amort. 2 ans 4%): Environ 6-8 ct/kwh Façade: 7% de l'optimal: 1 ct/kwh Sud de la France ou Espagne: 15 / 1 kwh/kwc 45 ct/kwh Dégradation de.5%/an: au bout de 2 ans 66-88 ct/kwh Temps de retour énergétique L'Energie grise dépend: de la technologie (ici: mono: Wafer de 3 um, effic. 14%, pessimiste) évolue rapidement (Silicium SOG, épaisseur Wafer, efficacité, etc) de la situation géographique (med-eur, 12 kwh/m2, sud-eur 17 kwh/m2) de la mise en œuvre (orientation, tracking), 4. 3.5 3. Temps de retour énergétique Système Cadre alu Module PV Années 2.5 2. 1.5 1..5. Ruban, Ruban, M-Eur. S-Eur. CdTe, CdTe, M-Eur S-Eur Poly, 21 SI- SI- Mono, Mono, M-Eur. S-Eur. SI- SI- Poly, Poly, M-Eur. S-Eur. SI- SI- Poly, 21
Conclusions La ressource solaire est indispensable la technologie PV doit être significative à long terme Peut représenter 2-25% de la consommation d'électricité (pas de stockage possible) Puissance nécessaire 1.4 kwc par hab. (11 m²/hab, 1/3 du bâti) Ce développement demande du temps et de l'investissement Prix du kwh: 65 ct actuellement, parité de ~3 ct d'ici 22 (?) Nécessite une adaptation du réseau électrique Empreinte écologique: temps de retour 1-2 ans, recyclage à évaluer.