Les panneaux photovoltaïques - TPE - Première ES

Les panneaux photovoltaïques - TPE - Première ES

digiSchool Bac ES vous propose un TPE de 1ère ES réalisé par Lukas, Antonin et Alexis, membre de la communauté digiSchool Bac ES. Ce TPE porte sur les panneaux photovoltaïques et s'inscrit dans le thème "Crise et Progrès".

Quel est l'avenir pour les panneaux photovoltaïques ? Vous vous intéresserez tout d'abord à l'histoire du panneau photovoltaïque, à son fonctionnement ainsi qu'à ses composants. Dans une deuxième partie, vous abordez l'utilisation des panneaux photovoltaïques à travers l'étude de cas concrets. Ensuite, vous aborderez l'aspect économique des panneaux solaires photovoltaïques, les avantages et les inconvénients. Enfin, vous verrez les différents types de panneaux solaires photovoltaïques existants.

Les panneaux photovoltaïques - TPE - Première ES

Le contenu du document



Introduction

Nous sommes au début du XXIème siècle, la demande énergétique mondiale est croissante et les ressources basiques telles que le pétrole, le gaz ou l'uranium sont en voies de disparition. De plus, les menaces de leur utilisation pèsent sur l'avenir de la planète : trou de la couche d'ozone, pluies acides, effet de serre ou encore le stockages des déchets nucléaires. Les problèmes de démographie, le développement, la santé de milliards d'hommes ont beaucoup d'importance dans l'avenir de l'Humanité.

D'où la réutilisation des énergies renouvelables qui sont inépuisables et représentent une solution pour l'avenir. L'installation des panneaux solaires photovoltaïques qui sont un mode de production propre avec lesquels il est possible de dégager de l'énergie électrique sont actuellement en développement dans le monde entier. La filière du photovoltaïque est en effet en plein essor.

La matière première, le silicium, est abondante, et l'énergie solaire est inépuisable. Face à la hausse des prix des énergies fossiles, les énergies renouvelables vont devenir de plus en plus incontournables à l'avenir. Le photovoltaïque représente actuellement une très faible part dans le total des énergies renouvelables, mais est celle qui connaît la plus forte croissance sur la dernière décennie. De plus, celle est la filière dans laquelle les investissements ont été les plus grands en 2011. En 2010, le marché a généré un chiffre d'affaire global de plus de 93 milliards d'euros.

C'est en 1936 que le chercheur français Antoine Becquerel trouve le moyen de convertir cette énergie lumineuse en énergie électrique. Son idée commença à être étudiée un siècle plus tard et aboutira à l'invention des panneaux solaires photovoltaïques.

Aujourd'hui, l'énergie solaire reste peu utilisée mais se développe de plus en plus notamment en Allemagne, au Japon et aux États-Unis qui sont les trois plus grandes puissances solaires mondiales.

Dans le cadre de notre TPE, nous avons donc décidé de travailler sur cette source d'énergie d'avenir, que sont les panneaux solaires.

Ce sujet s'inscrit dans le thème : Crise et Progrès.

Nous allons donc apporter des éléments sur ce sujet dans le but de répondre à la problématique suivante : Quel est l'avenir pour les panneaux photovoltaïques ?

Nous nous intéresserons tout d'abord à l'histoire du panneau photovoltaïque, à son fonctionnement ainsi qu'à ses composants.

Dans une deuxième partie, nous aborderons l'utilisation des panneaux photovoltaïques à travers l'étude de cas concrets.

Ensuite, nous verrons l'aspect économique que représentent les panneaux solaires photovoltaïques (la création d'emplois, par exemple), les avantages et les inconvénients d'installer une installation comme celle-ci, les aides et les subventions disponibles et leur rendements.

Enfin, nous verrons les différents types de panneaux solaires photovoltaïques existants et en quoi les panneaux solaires photovoltaïques sont-ils une source d'inspiration.


I) Qu'est-ce qu'un panneau solaire photovoltaïque ?

A) Contexte historique

En 1839, Edmund Becquerel (24 mars 1820 - 11 mai 1891), scientifique français issu d'une famille de physiciens réalise des études sur les phénomènes électriques et radioactifs. En effet, celui-ci découvre que l’on peut fabriquer de l’électricité à partir de matériaux exposés à la lumière du soleil. Il invente alors la pile photovoltaique.

En 1905, Albert Einstein (14 mars 1879 - 18 avril 1955), physicien allemand rédige une étude sur la production possible d’électricité grâce au soleil. On parle alors de l'effet photovoltaïque.

La première production d’électricité à partir d’une cellule solaire fut réalisée en 1916.

En 1954, la fabrication du premier panneau photovoltaïque est réalisée par les laboratoires Bell (Bell Labs fondés en 1925 sont des laboratoires de recherche spécialisés entre autres dans les télécommunications, l'informatique, la cellule photoélectrique, le laser et la fibre optique).

On utilise alors le terme batterie solaire. Cependant, la produire reste trop coûteux pour qu'elle soit commercialisée.

C'est en 1960 que l’industrie spatiale utilise les premiers panneaux photovoltaïques pour notamment faire fonctionner les satellites.

Le premier choc pétrolier en 1973 favorisa l'expansion de l’énergie solaire. Ainsi les populations commencent à s'y intéresser, le pétrole étant devenu une énergie beaucoup plus chère. On recherche d’autres énergies, alternatives.

La mise en place des premiers panneaux photovoltaïques sur un toit de maison en site isolé fut réalisée durant la période 1990-2000 en même temps que la première utilisation de l’électricité pour cette même habitation.

En 2010, le réseau EDF (Électricité de France) n’atteint pas certains lieux dits "isolés". Les panneaux solaires deviennent alors une nouvelle source réelle d’électricité pour de nombreuses habitations.

L’énergie solaire arrive sur le devant de la scène, le réchauffement climatique et la prise de conscience des États tendent vers une utilisation plus poussée des énergies non polluantes, le solaire photovoltaïque est cependant encore peu utilisé.

On constate que la vente de panneaux photovoltaïques augmente de 40% par an depuis 10 ans.


B) Fonctionnement d'un panneau photovoltaïque

Le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque repose sur plusieurs éléments :

– Un module composé de cellules photovoltaïques transformant l'énergie en tension électrique continue

– Un système de montage, également appelé système d'intégration à la toiture qui ancre le panneau photovoltaïque au bâti

– Un abergement (ensemble de tôles soudées) qui établit une jonction étanche entre le panneau et le reste de la toiture


On ajoute à cela les équipements électriques, comme notamment l'onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif.

Cela permet entre autres d'alimenter une habitation, ou le réseau public de distribution d'électricité.

Maintenant, analysons le fonctionnement des cellules photovoltaïques.

Celles-ci sont des composants électroniques capables de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, et ceci grâce à l'effet photovoltaïque.

Découvert en 1839 par Antoine Becquerel, ce phénomène est basé sur le comportement des matériaux semi-conducteurs lorsqu'ils reçoivent un rayonnement solaire. En effet, lorsque les photons de la lumière du soleil entrent en contact avec ces matériaux particuliers, ils transmettent leur énergie aux électrons des semi-conducteurs qui génèrent alors une tension électrique.


C) Composants d'un panneau photovoltaïque photovoltaïque

Un panneau photovoltaïque est formé par un ensemble de cellules solaires connectées électriquement entre elles en série et en parallèle.

Cet ensemble de cellules est entouré par des éléments que lui confèrent une protection par rapport aux agents externes et une rigidité pour s'accoupler aux structures qui les supportent. Les éléments sont les suivants :

– Plaque de verre : couverture extérieure en verre trempé, qui, à part de faciliter au maximum la transmission lumineuse, doit résister aux conditions climatologiques les plus adverses et supporter les changements brusques de température

– Conducteur positif : point de passage des électrons du silicium qui circulent entre le conducteur positif et le conducteur négatif, produisant ainsi du courant électrique

– Sulfure* de cuivre : le cuivre permet de transporter l'électricité avec le moins de perte

– Sulfure* de cadmium : augmente la quantité de lumière disponible permettant ainsi d’augmenter le rendement, le sulfure de cadmium permet une meilleure résistance des conditions météorologiques et est donc plus puissant

– Conducteur négatif : point de passage des électrons du silicium qui circulent entre le conducteur positif et le conducteur négatif, produisant ainsi du courant électrique

– Châssis en aluminium : il assure la rigidité et l'étanchéité à l'ensemble, et qui comprend les éléments nécessaires (généralement des forets) pour le montage du panneau sur la structure support.

*le sulfure est un corps résultant de l'union du soufre avec un autre corps


II) Étude de cas concrets

A) Statistiques et données mondiales

En 2013, on estime que l'énergie solaire représente 2,84% de la production mondiale d'électricité d'origine renouvelable.

Bien que le soleil soit une ressource à la portée de la majorité des états du monde, certains pays (comme ceux du Sud, qui bénéficient d'un ensoleillement important) sont plus propices au développement de l'énergie solaire. On remarque notamment que les pays industrialisés comme l'Allemagne se placent parmi les premiers producteurs mondiaux.

La production mondiale d'électricité en 2013 a représenté un total de 23 405,7 Twh. La majeure partie est issue du thermique à flamme essentiellement du fait du développement industriel de certains pays (comme par exemple, la Chine).

Parmi les énergies renouvelables, la part de l'énergie solaire mondiale demeure encore assez faible même si elle a progressé de près de 10% en 1 an.

En effet, les trois principaux producteurs d'électricité solaire dans le monde en 2013 sont : – l'Allemagne avec ses 21,5% de la production mondiale

– l'Italie avec ses 14,9% de la production mondiale

– les États-Unis avec 10,8% de la production mondiale

La France, quant à elle, se place à la septième place des principaux producteurs d'électricité solaire dans le monde avec ses 3,2% de la production mondiale derrière l'Espagne, le Japon et la Chine ainsi que les trois autres principaux évoqués précédemment.

On peut donc on conclure que l'Europe a une place primordiale dans la production d'électricité solaire mondiale grâce à ses 59,4% de production. Celle-ci devance donc l'Asie et l'Océanie (28,4%) et l'Amérique du Nord (11,2%).

Néanmoins, l'Union européenne tente de progresser dans ce domaine grâce à un nouvel objectif fixé : il s'agit de satisfaire 20% de sa consommation finale d'énergie grâce aux énergies renouvelables à l'horizon 2020. Pour la France, cela se traduit par une cible de 23%.


B) Contexte politique

 Cependant, l’Union Européenne n'est pas la seule à effectuer les démarches nécessaires pour augmenter la part de production de l'énergie solaire.

En 1992, l’ONU (Organisation des Nations Unies) s’est dotée d’un cadre d’action de lutte contre le réchauffement climatique à l’occasion du sommet de la Terre de Rio de Janeiro (du 3 au 14 juin 1992). Ce cadre d'action porte le nom de CCNUCC, ou autrement dit la Convention-Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques.

Celle-ci réunit presque tous les pays du monde qui sont qualifiés de « Parties » (pour être qualifié comme tel, chaque état doit rendre publique une contribution décidée à l'échelle nationale amenant à la poursuite d'objectifs). Aujourd'hui, on dénombre 196 Parties dont 195 en plus de l’Union européenne.

Leurs représentants se rassemblent une fois par an depuis 1995 lors des « COP » ou Conferences of the Parties (ou « CdP » en français).

C'est lors de la COP21 à Paris en 2015, qu'une coalition de 121 pays situés dans les régions les plus ensoleillées du monde a été lancée. Cette coalition porte le nom d'alliance internationale du solaire (ou ISA), à l'initiative du Premier ministre indien Narendra Modi.

Il s'agit de l'Inde (pays membre des BRICS), qui, dans un premier temps veut montrer elle-même la voie, avec un objectif de 100 gigawatts de capacités solaires en 2022 (contre 4 seulement aujourd'hui). De plus, le pays accueillera le secrétariat général de l'ISA pour une période de cinq ans, jusqu'en 2021.

Cette Alliance a pour vocation de réunir dans un même coopération les pays en voie de développement « à fort potentiel solaire » et les pays développés disposant de technologies solaires avancées.

Par ailleurs, elle se fixe pour ambition de réduire les coûts des-dites technologies et de développer l’innovation et des financements en faveur des pays du Sud.

L’Alliance Solaire Internationale prévoit de réunir les pays sur une base volontaire et d’associer des organisations multilatérales, le secteur privé ainsi que la société civile.

Ainsi, 80 pays ont participé à l’événement de lancement du 30 novembre 2015 à Paris et environ 35 d’entre eux ont assisté aux réunions de pilotage qui ont suivies. D'abord en janvier 2016 à Abou Dabi (Capitale des Émirats arabes unis) puis en avril 2016 à New York (aux États-Unis).

L’Inde et la France souhaitent notamment développer deux programmes.

Ces deux programmes établis par l'Alliance Internationale du Solaire (ou ISA) sont les suivants :

- le programme « Un financement abordable à grande échelle »

Il vise à mobiliser plus de 1000 milliards de dollars d’investissement dans l’énergie photovoltaïque d’ici à 2030, voire plus tôt si possible, à travers la mise en place d’outils et de politiques appropriés. L'établissement d'un dialogue structuré avec le secteur privé en particulier à travers l’Initiative Terrawatt. La présidente de la COP, Ségolène Royal (Ministre de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie française durant quinquennat du président de la France, François Hollande) s’est félicitée de ce programme qui constitue à ses yeux une avancée majeure vers la mise en œuvre effective de l’Accord de Paris.

- le programme « Développer les applications solaires à usage agricole »

Celui-ci vise à rendre abordables des applications solaires fiables et adaptées aux besoins des agriculteurs. Ce programme facilitera, par exemple, le déploiement d’applications telles que les pompes à irrigation ou les centrales de refroidissement de lait. De quoi "Améliorer largement les rendements et retombées économiques" affirme le ministre indien Piyush Goyal. De plus, Ségolène Royal a indiquée que "La synchronisation et l’harmonisation des appels d’offre à l’échelle de l’Alliance apporteront une meilleure qualité à tous".


Outre l’Inde qui se trouve à l’origine de cette Alliance, le ministère français en charge de l’énergie est mentionné parmi les pays les plus impliqués dans cette Alliance avec le Bangladesh, le Brésil, le Chili, le Ghana, l’Indonésie, Madagascar, les Maldives, le Nigéria, le Pérou et le Vietnam. Cependant, aucun processus d’adhésion n’a toutefois encore été lancé à ce jour.


C) La France

Voyons quel impact a l'énergie photovoltaïque sur notre territoire national. Une récente étude menée en juin 2016, montre que la puissance totale raccordée sur l'ensemble du territoire français est de 6,547 GW.

Au 31 mars 2014, la France possède un parc photovoltaïque installé de 4 866 MW (DOM compris). Le Grenelle de l'environnement (qui est un ensemble de rencontres politiques organisées en France en septembre et décembre 2007, visant à prendre des décisions à long terme en matière d'environnement et de développement durable) fixe un objectif de 5 400 MW en 2020.

On estime que l'électricité d'origine solaire est surtout utilisée en France pour la consommation des particuliers ou pour les habitations éloignées du réseau électrique.

Par ailleurs, on sait que :

– un panneau solaire de 1 m2 produit environ entre 100 et 200 Wc de puissance électrique par an

– un panneau solaire 1 km2 produit environ 160 Gwh de puisance électrique par an Cependant cela dépend de l'ensoleillement du site et de la disposition des panneaux. Ainsi, un générateur installé dans le sud de la France produira en moyenne 40 à 50 % d'électricité en plus qu'une installation identique dans le nord.

On remarque que la majorité des installations en service en France métropolitaine sont de faible puissance :

- puissance inférieure à 3 kWc : 82 % des installations pour 14,7 % de la puissance installée puissance entre 3 et 250 kWc : environ 17,6 % des installations pour environ 40,7 % de la

- puissance installée puissance supérieure à 250 kW : moins de 0,3 % des installations pour 44,6 % de la puissance installée

Nous avons également observé que le parc solaire français se compose ainsi :

– il est en grande partie raccordé sur le réseau public de distribution (85%) avec 5 550 MW sur le réseau Enedis (anciennement ERDF)

– 311 MW sur les réseaux des entreprises locales de distribution (aussi appelés ELD)

– le réseau de transport accueille 571 MW, soit 9% de la puissance installée

– 116 MW sur le réseau d'EDF-SEI (EDF-SEI comprend les particularités des systèmes électriques insulaires et les actions menées par EDF au sein de ces territoires) en Corse.

Les régions du pourtour méditerranéen et les DOM représentent à eux seuls près de 30 % du parc photovoltaïque raccordé au réseau.

Les trois premières zones françaises productrices sont :

– le Sud-Ouest (c'est-à-dire l'Aquitaine et Midi-Pyrénées) produisant 1449 MW

– le Sud-Est (c'est-à-dire le Languedoc-Roussillon et la Provence-Alpes Côte d'Azur) produisant 1361 MW

– l'Ouest (c'est-à-dire la Bretagne, le Pays de La Loire et Poitou-Charentes) produisant 798 MW


À présent, abordons la place de l'énergie solaire dans la production d’électricité française.

La production française d'électricité a représenté un total de 540,2 Twh en 2014 (la majeure partie étant issue du nucléaire). Les autres énergies, quant à elle renouvelables, dont fait partie le solaire, représentent une infime partie de la production d'électricité.

En effet, parmi les énergies renouvelables, le solaire n'occupe qu'une place minime. Elle est cependant en très forte progression par rapport à 2013 (et plus généralement sur les 10 dernières années).


D) La Picardie

Penchons nous à présent sur le cas de notre territoire, la Picardie :

Composée de trois départements (la Somme, l'Aisne et l'Oise), la Picardie est plus que d'autres régions françaises une région industrielle et agricole. De plus, celle-ci possède notamment le deuxième parc d'énergie renouvelable (avec 846 MW installés) derrière la Champagne- Ardenne(avec 860 MW). De base propice à la production d'électricité éolienne et la production d'agro matériaux et d'agro énergie, y compris le bois, la Picardie se développe également dans la production d'énergie solaire par l’intermédiaire des panneaux photovoltaïques.

À ce jour, le total des installations solaires photovoltaïques raccordées au réseau électrique en Picardie est d’environ 8 MWc en puissance installée. Cela représente plus de 2 000 installations et 4 GWh de production électrique, soit 344 TEP. En effet, le gisement de production d’électricité photovoltaïque en Picardie est essentiellement associé à l’utilisation des différentes surfaces d’accueil : résidentiel, tertiaire, industriel-commercial, agricole, installations au sol ou sur surfaces artificialisées. Le Schéma régional climat air énergie (appelé aussi SRCAE) table sur une puissance complémentaire installée de l’ordre de 123 MWc, soit environ 110 GWh/an à l’horizon de l'année 2020. Cela correspond ainsi à des installations intégrées au bâti de faible puissance (6 MW/an environ) et à des installations de forte puissance, notamment au sol.

Nous vous invitons maintenant à vous rendre dans la partie Annexe de ce dossier. Nous avons interrogé un particulier habitant la Somme, Monsieur de Lamarlière, par rapport à son utilisation quotidienne des panneaux solaires photovoltaïques. Dans un second temps, vous trouverez également la retranscription de notre échange avec Monsieur Foucke, artisan en travaux de construction spécialisés . Par ailleurs, c'est lui-même qui a installé les panneaux solaires photovoltaïques de Monsieur de Lamarlière.


III) Aspect économique

A) Les avantages et inconvénient des panneaux solaire photovoltaïques

L'énergie solaire apportée par de panneaux solaires photovoltaïque a plusieurs avantages : il s'agit d'une énergie inépuisable puisqu'elle est issue des rayons du soleil et, de ce fait, elle respecte la nature et l'environnement.

C'est une énergie très fiable car il n'y a pas de risque de rupture. Par ailleurs, l’intégration des panneaux photovoltaïque dans une habitation est simple ainsi que l'intégration, qui elle est facile d’emploi.

Cependant, celle-ci présente des limites.

Quels sont donc les avantages et les inconvénients des panneaux solaires photovoltaïques ?


1) Points positifs

Les panneaux solaires présentent de nombreux avantages : d'un point de vue écologique, les panneaux solaires sont une énergie propre non polluante pour l'environnement. Aucun gaz à effet de serre n'est rejeté et il n'y a aucun déchet radioactif produit (en France, 85,7% de l'énergie provient du nucléaire).

La lumière du soleil (par ailleurs renouvelable et gratuite) étant disponible partout, l'énergie photovoltaïque et exploitable aussi bien en montagne, dans un village isolé que dans les grandes villes, dans le Nord comme dans le Sud.

On en conclut donc que c'est une énergie ouverte à tout publique. L'énergie solaire est inépuisable, contrairement aux énergies fossiles comme le charbon ou le pétrole qui sont pourtant encore plus utilisé que le solaire. Les panneaux solaires, une fois installés, demandent très peu d'entretien et l'énergie est produite sans l'action de l'homme. La taille des installations peut aussi être augmentée par la suite pour suivre les besoins de son propriétaire

De plus, ceux-ci sont encore peu utilisés et ont une forte marge d'évolution et un avenir prometteur. La revente du surplus de production permet d'amortir les investissements voire de générer des revenus et le contrat d'achat est conclu pour une durée de 20 ans.

Ils peuvent donc représenter un très bon investissement pour des particuliers.


2) Points négatifs

Malgré tous ces atouts cités ci-dessus, l'énergie solaire n'est pas compétitive lorsqu'il s'agit de production importante d'énergie. En effet, certaines énergies comme le nucléaire sont beaucoup plus rentables financièrement. Tous les besoins énergétiques ne peuvent donc pas être fournis par l'énergie solaire.

Un panneau solaire a une durée de vie de 25 ans environ (avec un nettoyage accrue), au-delà, les rendements diminuent rapidement. En effet, le rendement électrique diminue avec le temps (20% de moins au bout de 20 ans). De plus, il faut 3 ans au panneau pour produire l'énergie qui a été utilisé pour sa construction.

Le coût d'investissement des panneaux photovoltaïques est donc relativement élevé. Mais avec les aides financières et la ventes d’électricité auprès de divers fournisseurs, l’installation de panneaux solaires se rentabilise en quelques années.


B) Aides et subventions

L’ANAH, (l'Agence nationale de l'habitat) est un établissement public administratif de l'État français qui met en œuvre la politique nationale d’amélioration du parc de logements privés existants. Elle est placée sous la tutelle du ministre chargé du Logement et du Budget et de l’Économie. Sa vocation sociale l'amène à se concentrer sur les publics les plus modestes.

L’Anah accorde donc des aides financières pour travaux sous conditions à des propriétaires occupants, bailleurs et copropriétés en difficulté.

Une des missions de l'ANAH est d’aider les foyers les moins favorisés à vivre dans un environnement sain et confortable grâce à l'aide de ses subventions.

Par ailleurs, l'ANAH a mis en place l'éco-subvention pour encourager l'amélioration de l'isolation et le développement des énergies renouvelables.

Dans le cas des panneaux solaires photovoltaïques, plusieurs conditions (appelées critères d'éligibilité) doivent être nécessaires pour avoir droit à ce financement :

– Le logement rénové doit avoir plus de 15 ans

– Les travaux réalisés doivent permettre d'améliorer d'au moins 25% l’efficacité énergétique du logement

– Votre demande doit être faite avant le début de la réalisation des travaux

– Les travaux réalisés doivent faire partie de ceux pris en compte par l’Anah (rénovation thermique de l'habitat, traitement de l’habitat indigne ou très dégradé, lutte contre la précarité énergétique, redressement des copropriétés en difficulté, adaptation des logements à la perte d'autonomie liée au vieillissement ou au handicap.) et doivent être réalisés par des professionnels du bâtiment.

– Les travaux d'agrandissement de même que les travaux assimilables à de la construction neuve ou encore, les petits travaux de décoration ou d’entretien ne sont pas pris en compte.

– Le montant du budget des travaux doit être supérieur à 1500€ à l’exception des ménages à revenus très modestes.

Les aides ANAH sont aujourd’hui disponibles sous la forme d’un ensemble d'aides dénommées "Habiter Mieux".

Ainsi, grâce à l’ANAH, et avec une installation ne dépassant pas 12 000 euros, on bénéficie d’une aide de 8 200 euros, ce qui est non négligeable.


Les ménages éligibles aux aides ANAH se subdivisent en deux groupes: les ménages aux ressources très modestes et les ménages aux ressources modestes. Les aides de l'ANAH financent 35% du coût des travaux des ménages aux ressources modestes et 50% pour ceux aux ressources très modestes. Cette subdivision se fait en fonction des revenus du ménage et aussi de leur zone d’implantation (en île de France ou hors Ile de France). Ainsi, grâce à l’ANAH, et avec une installation ne dépassant pas 12 000 euros, on bénéficie d’une aide de 8 200 euros, ce qui est non négligeable.

Si vous vous situez dans la catégorie "ressources très modestes" : 50 % du montant total des travaux HT. L’aide de l’ANAH est de 10 000 € maximum. La prime Habiter Mieux : 10 % du montant total des travaux HT, dans la limite de 2 000 €. Si vous vous situez dans la catégorie "ressources modestes" : 35 % du montant total des travaux HT sont financés. L’aide de l’ANAH est de 7 000 € maximum.

En 2015, voici comment se traduit la réponse territoriale aux enjeux de l'habitat privé de la part de l'ANAH :

Téléchargez le document pour voir l'image


C) La rentabilité des panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques sont une solution rentable. En effet, leurs prix ont beaucoup baissé ces dernières années et les revenus générés par la revente au réseau permettent d’amortir rapidement l’investissement de départ. La rentabilité du solaire après la réforme fiscale 2014 ; Au regard du prix des panneaux photovoltaïques, beaucoup se demandent comment il est possible de rentabiliser un tel investissement.

En réalité, l’énergie solaire est une source sûre de revenus pendant plusieurs années. En effet, lorsqu’un particulier installe des panneaux solaires chez lui, il est confronté à deux possibilités : faire de l’autoconsommation ou revendre l’énergie produite à EDF. Le deuxième choix est celui qui se révèle être le plus rentable. Effectivement, le prix de rachat est largement supérieur au coût d’achat de l’électricité « classique ». De plus, le contrat de revente de l’énergie solaire produite fixe un prix stable pendant 20 ans. Ainsi, les panneaux photovoltaïques assurent une rente d’argent durant deux décennies.

La principale interrogation, à présent, est de savoir si les panneaux sont rentables avant la fin du contrat de rachat par EDF, soit 20 ans. La réponse est oui. D’après les experts, la rentabilité de l’énergie solaire est d’environ 12 ans selon les régions, la taille et la puissance des panneaux pour une installation ne dépassant pas 12.000 €.

L'électricité coûte de plus en plus cher, quand les tarifs de rachat seront vraiment trop bas, il faudra passe à l'autoconsommation. Rien n’empêche alors d'utiliser l'électricité produite pour réduire votre facture tout en vendant le surplus. Car s’il y a une installation de qualité et bien posée, elle peut dépasser les 20 ans d'existence.

Depuis 2006, les tarifs de rachat de l’électricité photovoltaïque ont été revus à la baisse et un moratoire datant du 9 décembre 2010 visant les installations d’une puissance supérieure à 3 kWc a fini par refroidir les investisseurs.

Après avoir accordé un crédit d’impôt important (50% en 2010), le gouvernement n’a cessé de le revoir à la baisse jusqu’à un taux actuel de 11%. Le prix d’achat de l’électricité photovoltaïque a lui aussi chuté et est passé de 60,2 c€/kWh en 2010 à 37,06 c€/kWh au 2ème trimestre 2012.

Les emplois dans le secteur du photovoltaïque ont connu une forte augmentation fin 2009 suivie d’une forte baisse suite au moratoire et à la baisse d’activité afférente (voir graphique ci-contre).

Téléchargez le document pour voir le graphique

En effet, EDF est soumis à l’obligation d’achat de l’électricité produite. Elle signe avec le producteur un contrat d’achat : ce contrat est établi pour une durée de 20 ans. Le tarif de rachat de l'électricité photovoltaïque par EDF résulte d’une baisse.


D) La filière crée des emplois mais reste imparfaitement concurrentiel face à la Chine

Le développement de l’industrie solaire, encore émergente en France, dépend fortement de l’environnement législatif et économique. Récemment, des rapports ont dressé un bilan négatif de la filière solaire en termes de revenus générés et d’emplois créé :

La chute des coûts de l'électricité photovoltaïque est largement liée à celle du coût des panneaux solaires, qui a plongé de 80 % depuis 2008, grâce notamment aux panneaux chinois à bas coût. Depuis 2007, la Chine a décidé d'envahir le marché. Elle est alors devenue l'atelier de production des modules photovoltaïques, et exporte 98% de ses produits. Grâce aux subventions de l’État et des banques, les entreprises chinoises ont une capacité d'endettement largement supérieure à celle des entreprises européennes, et peuvent se permettre de vendre leurs panneaux moins chers que leurs coûts de production sans risquer la faillite. Cette concurrence déloyale met à mal les entreprises européennes, qui ne peuvent rivaliser face à des produits si peu chers. On parle alors de guerre de prix car la Chine envahit le marché avec ses prix bas suite à un faible coût de production.


IV) Des innovations en perspective

A) Les différents types de panneaux photovoltaïques

Au fil du temps, le simple panneau solaire a évolué. À ce jour, plusieurs nouveaux types de panneaux photovoltaïques ont été conçu, améliorant l’efficacité et le rendement de ceux-ci, comme :

– Les panneaux solaires photovoltaïques de cellule silicium en couche mince : Ce type de panneaux solaires à l’avantage de fonctionner avec un faible éclairage, il est également bon marché. Son rendement est assez faible par rapport aux panneaux solaires photovoltaïques monocristallin et polycristallin, entre 5 et 9 %. Ce type de panneaux solaires et de moins en moins utilisés.

– Les panneaux solaires photovoltaïques de cellules en silicium monocristallin : Ce type de panneaux solaires possède un très bon rendement, de l’ordre de 12 à 20% mais son cout est relativement élevé.

– Les panneaux solaires photovoltaïques de cellules en silicium polycristallin : Ces panneaux bénéficient d’un bon rendement de l’ordre de 11 à 15 %. Le prix de ce type de panneaux solaires est moins élevé que le monocristallin, il représente donc à ce jours le meilleur rapport qualité/prix.

- Les panneaux solaires photovoltaïques à double face : rayonnement réfléchi. Résultat : un rendement de conversion pouvant atteindre 20 % sur la dans ce cas, on remarque la présence d'un rayonnement solaire direct sur la face avant, mais aussi sur la face arrière grâce à un face avant et plus de 25 % avec la contribution de la face arrière.

Ces panneaux peuvent être adaptés aussi bien à la construction de parcs solaires qu'à la mise en place de façades solaires sur les immeubles.


B) Le panneau solaire photovoltaïque : une source d'inspiration

Depuis quelques années, de nouveaux types de panneaux solaires ont été développés. L'objectif est de réduire très fortement le coût de l'énergie solaire.

Ainsi, on voit se développer de nouveaux projets, parfois insolites, s'inspirant des panneaux solaires pour produire de l'énergie.

C'est le cas du vitrage solaire. Le principe en est simple : il s’agit d’un système de panneaux solaires intégrés dans du double vitrage. Transparent, le vitrage solaire permet l’entrée de la lumière naturelle et empêche le passage des rayons UV nocifs. Ainsi, il s’adapte à toutes les saisons : en hiver, il emploie des apports passifs et l’été, il tempère les grosses chaleurs.

C'est la société japonaise Nihon Telecommunication qui a été la première à s’être lancé sur le marché du vitrage solaire, un projet attrayant mais qui a vite été délaissé à cause de son rendement : les vitres étaient très coûteuses (entre 1000 et 2000 dollars le mètre carré, soit 1,5 le prix d’une fenêtre haut de gamme triple vitrage pour une efficacité de 7% environ). Les investisseurs n’étaient donc pas intéressés.

Par la suite, des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) se sont penchés sur le sujet du vitrage solaire et plus particulièrement, sur le développement d’une nouvelle cellule photovoltaïque organique transparente. Cette dernière serait capable de laisser passer la lumière visible tout en utilisant la lumière infrarouge du soleil pour produire de l’électricité. Cette cellule solaire atteint un rendement de conversion de l’énergie solaire en électricité de 1,7 %. C’est encore peu, mais mieux que les 1 % d’efficacité des cellules photovoltaïques organiques transparentes créés jusque-là. Les chercheurs espèrent être capables d’augmenter le rendement du vitrage solaire à 12 % en modifiant les matériaux utilisés dans le verre solaire.


En plus de produire de l’électricité, certains vitrage solaire permettent de convertir l’énergie absorbée en d’autres utilisation.

Par exemple, l’entreprise française Robin Sun, située à Strasbourg, propose un vitrage à isolation renforcée assurant la production d’eau chaude à usage sanitaire ou au chauffage. Selon la hauteur du soleil,variable selon le moment de la journée et les saisons, le capteur solaire thermique ajouré (se situant au centre du vitrage) et les réflecteurs par bande qui lui sont associés, transforment la protection solaire en eau chaude. Une circulation d’eau transfère ensuite l’énergie interceptée jusqu’à un ballon de stockage et cette dernière est restituée au grès des besoins en eau chaude (sanitaires, chauffage...) Son intégration au sein d’un bâtiment permet de réduire l’empreinte énergétique de ce dernier et des utilisateurs, il fige durablement le coût des charges énergétiques (ressource abondante et gratuite) et d’entretien qui est quasi-nul. L’ensemble des matières utilisées (composants, emballages et chutes de matières) sont recyclables.

De nouvelles cellules sont à l'étude pour de futurs panneaux solaires : la cellule photovoltaïque à multi-jonctions de Soitec, très performante, vient de battre un record pour la conversion directe de la lumière en électricité. En effet, les cellules mises au point parviennent à convertir 46% du rayonnement solaire en électricité.

La start-up française DualSun a, quant à elle, conçu un panneau solaire hybride qui permettrait à la fois de produire de l’électricité et de l’eau chaude.

Désormais, on voit apparaître un nouveau type d’installation : les fermes solaires. Tout propriétaire ou locataire d'un terrain peut décider d'y implanter une ferme photovoltaïque, que soit la localisation de cette parcelle. Le rendement des panneaux solaires photovoltaïques est tel que l'investissement est rentable au bout de quelques années. L'obligation d'EDF d'acheter l'électricité produite pendant 20 années au moins rend l'investissement particulièrement sécurisant pour investir sans inquiétude. Une ferme solaire permet donc à son propriétaire un rendement efficace.

Une innovation, cette fois ci qui ne concerne pas le panneau solaire mais sa production, a fait son apparition : il est désormais possible de stocker l'énergie solaire dans des batteries stationnaires. Cette batterie vise notamment les particuliers, ce qui leur permettrait de stocker leur électricité solaire à domicile pour environ 3 500 dollars. La batterie Powerwall de Tesla possède un coût environ deux fois moins élevé que ses concurrents, elle possède un aspect élégant, son installation est facile et modulable et elles peuvent être aisément assemblées pour atteindre des capacités totales jusqu’à 90 kWh.

En ce qui concerne l'entretien des panneaux solaires, une start-up marocaine s’est lancée dans la création de robots nettoyeurs de panneaux solaires.

L'entreprise de développement de solutions solaires Ecotaqa vient de trouver, en marge de COP22, le financement nécessaire au démarrage de l'industrialisation de son robot Ecobright.

La toute jeune entreprise, après un an d'existence et un effectif de 6 personnes a reçu pas moins de deux pris durant la COP durant la COP22 à Marrakech. Elle a d'ailleurs reçue un don de 320 000 dirhams (ce qui équivaut à à environ 30 000 euros) permettant de passer du prototype à la première phase d'industrialisation.

Le module présente l’avantage de ne pas utiliser d’eau, il glisse sur des rails en brossant la surface du panneau et en aspirant la poussière, il peut ainsi nettoyer jusqu’à 140 modules par jour et coûte 12 000 dirhams, ce qui équivaut à environ 1200 dollars.


De nos jours, certains services permettent même de tester le potentiel énergétique de notre maison depuis notre ordinateur. Par exemple, le projet de Google nommé Sunroof, dévoilé en août, devrait permettre aux particuliers de tester le potentiel en énergie solaire de leur toit et les économies à la clé. Seulement quelques données sont à renseigner sur ce site internet.

Pour cela, Google va employé la même technologie d’imagerie que pour Google

Earth. Il va d’abord être testé puis commercialisé aux États- Unis avant peut-être d’être proposé dans le monde entier.

En effet, l’asymétrie d’information joue un rôle important dans le secteur du photovoltaïque, si un acteur (offreurs ou demandeurs) ne dispose pas d’une meilleur information, cela risque de compromettre le fonctionnement efficace du marché. On en conclue qu’il faut être informé et s-y connaître avant d’investir ou d’entreprendre. La sélection adverse est un parfait exemple ; si on se retrouve dans une situation d’informations asymétriques et insuffisantes, les agents économiques sont conduits à prendre des décisions contraires à ce qu’il recherchait initialement.


Conclusion

L'énergie solaire reste à ce jour une des énergies les plus propres qui existe ; cette dernière, faisant partie des énergies renouvelables, est bien plus respectueuse de l'environnement que d'autres énergies, comme le nucléaire par exemple.

Les panneaux solaires, malgré quelques inconvénients comme l'orientation, le prix élevé de fabrication, d'installation et les contraintes climatiques qui influencent le rendement, possèdent de nombreux avantages.

En effet, les panneaux solaires sont un investissement qui peut rapporter assez d'argent au bout de quelques années, ils sont aussi très fiables et dits « écologiques ».

Avec les préoccupations actuelles et les débats qui animent nos société, cette source d'énergie encore peu utilisée est un plus et pourrait répondre en partie aux questions de développement durable, de protection de la planète et d'économie d'énergie.

De manière générale, le solaire est une énergie propre et efficace qui va se développer de plus en plus. Par exemple, lorsqu'on sait que la totalité de la surface des toitures existantes dans le monde (correctement exposées et couvertes de panneaux) pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité, on ne demanderait qu'à équiper sa maison, mais tout est relatif, surtout que le rendement d'un panneau solaire dépend grandement de son exposition à la lumière.

Hormis le point de vue écologique, celle-ci est également utilisée car elle est inépuisable puisqu'elle repose en grande partie sur le Soleil et sur son apport, et qui ne devrait pas disparaître avant des millions d'années, contrairement aux énergies fossiles, ce qui fait d'elle une innovation très intéressante. Ainsi, du fait de l'inexorable augmentation du prix des énergies fossiles, l'avenir du solaire est assuré.

En plus d'être inépuisable et propre, l'énergie solaire sera bientôt très rentable car de nombreux progrès techniques considérables sont attendus, et de nombreux chercheurs rivalisent d'ingéniosité pour la perfectionner et innover dans ce domaine.

En plein essor, le solaire est apte à devenir l'énergie du futur si on exploite convenablement son immense potentiel.

 

C'est le cas de la France où l'État, ainsi que de grandes entreprises comme EDF, encouragent les Français à se tourner vers le solaire en apportant des aides financières telles que les crédits d'impôts pour les personne voulant installer des panneaux solaires. Même si elles ne sont pas parfaites (ces aides ne sont pas disponibles dans toutes les régions par exemple), elles sont suffisantes pour justifier un investissement dans les énergies renouvelables.

Fin de l'extrait

Vous devez être connecté pour pouvoir lire la suite

Télécharger ce document gratuitement

Donne ton avis !

Rédige ton avis

Votre commentaire est en attente de validation. Il s'affichera dès qu'un membre de Bac ES le validera.
Attention, les commentaires doivent avoir un minimum de 50 caractères !
Vous devez donner une note pour valider votre avis.

Nos infos récentes du Bac ES

Communauté au top !

Vous devez être membre de digiSchool bac ES

Pas encore inscrit ?

Ou identifiez-vous :

Mot de passe oublié ?