Le solaire PV en questions

Publié par Arnaud Zufferey, ingénieur EPFL, le 9 janvier 2021 sur LinkedIn .

A-t-on besoin du solaire PV ?

En Suisse, selon les statistiques de l'OFEV, environ 75% des émissions de CO2 sont liées aux énergies. La moitié est due aux carburants (essence, diesel) et l'autre moitié aux combustibles (gaz et mazout).

La réduction de ces émissions passe par la sobriété (réduction des besoins), par l'efficacité (par exemple pompe à chaleur au lieu de chauffage électrique) et par l'utilisation d'énergies renouvelables (solaire, éolien, etc.). Le schéma suivant illustre cette transition.

La consommation d'électricité en Suisse est stable depuis 2005 à environ 57 TWh (milliards de kWh). On aura besoin de davantage d'électricité renouvelable pour :

Le schéma suivant montre le potentiel de différentes pistes :

On voit que :

Bien sûr l'hydro-électricité va continuer à rester un pilier de notre approvisionnement et toutes les nouvelles énergies renouvelables seront les bienvenues pour remplacer les énergies fossiles, mais ceci donne des ordres de grandeur et montre à quel point le potentiel solaire est important.

Quelles surfaces seront nécessaires ?

L'image suivante illustre la surface nécessaire pour produire toute l'électricité que nous consommons en Suisse :

Si on prend en compte la production d'hydro-électricité, nos besoins sont d'environ un tiers seulement de ce carré. Il y a largement assez de toitures pour produire cette électricité, comme l'explique l'EPFL :

"Les résultats nous permettent d’estimer le potentiel PV annuel des toits suisses à 24 ± 9 TWh, ce qui correspond à une production capable de couvrir 40% de la demande en électricité enregistrée en 2018. L’analyse géospatiale de ces résultats montre que déjà 25% du potentiel estimé peut être réalisé en installant des panneaux PV sur moins de 2% des bâtiments, ceux présentant le potentiel le plus élevé, comme les toits plats. Et si l’on veut aller plus loin, les 75% du potentiel estimé restants peuvent être atteints en installant des panneaux sur un tiers des bâtiments."

Selon l'Office fédéral de l'énergie, le potentiel de production photovoltaïque sur les toitures est de 50 TWh et de 17 TWh pour les façades. Ce potentiel ne prend pas en compte les infrastructures comme les autoroutes, les barrières anti-bruit, le solaire flottant sur les lacs de barrages, l'agrivoltaïque, ...

Intégration architecturale

L'apparence des panneaux solaires photovoltaïques a énormément progressé ces dernières années : on sait imiter l'apparence de la tuile rouge et des ardoises, imiter les drapeaux des cantons, faire différentes couleurs et même faire des panneaux blancs.

Source : centre Suisse de compétence BIPV

Par ailleurs, une étude récente a montré que le rendement de ces panneaux colorés était sous-estimé.

Quels coûts ?

Le prix du solaire PV a chuté de 89% en 10 ans. Le solaire est devenu l'énergie la moins chère (BNEF, IRENA).

L'article Solar’s Future is Insanely Cheap explique très bien les raisons et montre que la tendance à la baisse va continuer.

Aujourd'hui tout propriétaire de toit devrait analyser l'option solaire PV. Il y a de nombreux modèles pour le financement (p.ex. leasing, contracting, coopératives..) et pour la consommation (p.ex. regroupement pour la consommation propre).

Par ailleurs le solaire et l'efficacité ont un impact positif sur les emplois locaux (schéma McKinsey) :

Quel bilan carbone pour l'électricité du réseau ?

Les chiffres officiels de l'OFEV donnent une valeur de 181 g de CO2 par kWh consommé en Suisse (Umweltbilanz Strommix Schweiz 2014). Comme ce chiffre commence à dater un peu, voyons si on peut le consolider.

L'électricité consommée en Suisse a un bilan carbone qui dépend des échanges avec les pays voisins :

Un petit calcul rapide permet de vérifier l'ordre de grandeur : en 2019 on a importé 29.5 TWh sur 57.2 TWh ce qui donne environ 155 g de CO2 par kWh consommé en Suisse (51.5% à 275g et 48.5% à 27g). Ce chiffre est un peu optimiste, parce que l'électricité importée en hiver a un bilan moins bon que la moyenne annuelle.

Une étude détaillée de l'EPFL (calcul horaire) donne une valeur de 203 g par kWh (sur la base de l'année 2015, depuis les émissions de CO2 du mix DE sont passées de 527 g à 401 g ce qui donnerait environ 170 g par kWh consommé en Suisse.

On peut en conclure que le mix d'électricité consommé en Suisse en 2020 est d'environ 170 à 180 g de CO2 par kWh.

Quel bilan carbone pour le solaire PV ?

L'écobilan du solaire PV ne cesse de s'améliorer : d'une part l'augmentation de la production permet de rationaliser la consommation d'énergie (fabrication, transport) et d'autre part l'amélioration du rendement des cellules augmente la production d'électricité et donc diminue le ratio CO2/kWh.

Ainsi selon les données Ecoinvent 2016, le solaire PV en toiture était à 91g de CO2 par kWh, et selon les données récentes du GIEC on arrive à une fourchette de 26 à 60 g avec une médiane à 41g de CO2 par kWh. (confirmé par l'étude récente de treeze)

On peut donc dire qu'actuellement le solaire PV émet environ 4 fois moins de CO2 que le courant du réseau.

Les émissions devraient continuer de baisser : elles pourraient tendre vers 8-14 g CO2/kWh d'ici 2040 selon une étude récente. Par ailleurs d'autres technologies comme les perovskites pourraient atteindre environ 5 g/kWh . Cette technologie pourrait aussi être utilisée conjointement aux cellules actuelles sous forme de tandem.

A noter aussi que l'augmentation des coûts de transport (p.ex. via la taxe CO2) et l'automatisation de la production (et donc la réduction des coûts de main d'oeuvre) vont probablement conduire à une relocalisation de la production en Europe (cf. exemple de Meyer Burger). Ceci conduirait à une amélioration du bilan carbone.

Que deviendront ces panneaux solaires en fin de vie ?

Cette question est largement traitée dans l'excellent article The afterlife of solar panels. En résumé il n'y a pas de défi technique insurmontable et de simples mesures légales (p.ex. taxe anticipée de recyclage) permettent d'éviter que ces panneaux finissent en décharge. C'est justement la solution qui est mise en oeuvre en Suisse.

Pour l'instant le volume de panneaux usagés est faible, mais certaines usines sont déjà capables de les recycler.

Quelles incidences pour les réseaux ?

Le réseau électrique évolue sans cesse, il s'adapte à chaque nouveau raccordement d'un consommateur ou producteur d'électricité. Cependant, dans le cas du solaire, toutes les installations d'un même secteur ont plus ou moins la même courbe de production (courbe gaussienne centrée vers midi). Ces courbes s'additionnent et réduisent la demande d'électricité en milieu de journée. Cet effet est connu sous le nom de "duck cuve" et demande au réseau de devenir plus flexible.

Il existe de nombreuses mesures possibles : mesures politiques (p.ex. limitation de la puissance maximale à x%), mesures économiques (p.ex. tarification dynamique), mesures techniques (orientation des panneaux, cos phi, smart grid, stockage centralisé ou décentralisé).

L'essor des véhicules électriques va apporter des capacités massives de stockage décentralisé et de nombreux projets et produits se préparent à cela ("vehicle to grid" ou V2G).

Conclusion

L'énergie solaire a potentiel énorme, un bon bilan environnemental et a un coût inférieur au prix du réseau dans de nombreux cas. Les propriétaires peuvent s'adresser à un pro du solaire et les locataires ont aussi plusieurs options.

Si vous voulez en savoir davantage, n'hésitez pas à lire l'interview de Christophe Ballif "avec le solaire on décagone la Suisse en 30 ans".