Etat des lieux et perspectives de la filière photovoltaïque

environnement

Avec 1,56.1018 kWh/an, l’énergie solaire incidente représente plus de 10.000 fois la consommation mondiale d’énergie. Cela fait de l’énergie solaire la source énergétique la plus répandue et la plus répartie dans le monde.

La maîtrise de la conversion directe de l’énergie solaire en électricité est donc cruciale. Cela est possible grâce aux cellules photovoltaïques, l’une des trois principales technologies solaires – avec le solaire thermique à concentration (CSP1) et les capteurs solaires thermiques (SHC2).
Dans un contexte de mutation énergétique marqué par la raréfaction des ressources fossiles et une volatilité des prix, le photovoltaïque apparaît comme une source d’énergie prometteuse : Quelles sont les principales technologies commercialisées ? Quels acteurs dominent la filière ? Vers quelles perspectives ce marché tend-il ?

Un marché dominé par la filière cristalline

Il existe actuellement sur le marché un large choix de modules photovoltaïques allant des modules low-cost à faible rendement (~6%) jusqu’aux modules à rendement élevé (~20%). Le rendement est l’une des caractéristiques principales des modules photovoltaïques (voir Tableau 1) et représente un défi majeur pour les industriels de la filière. Il traduit le rapport entre l’énergie électrique produite et l’énergie solaire incidente. Afin de l’optimiser, différentes technologies sont explorées.

La filière Silicium Cristallin (C-Si) est la plus répandue et représente 75% du marché actuel des modules photovoltaïques. Les cellules C-Si sont constituées de fines plaques de silicium, un élément chimique très abondant extrait notamment du sable ou du quartz. Elles se subdivisent en deux catégories principales : les cellules monocristallines (sc-Si) et les cellules multi-cristallines (mc-Si).

La filière des cellules en couches minces s’est imposée progressivement pour atteindre 25% du marché. Ces cellules sont fabriquées en déposant une ou plusieurs couches semi-conductrices et photosensibles sur un support de verre, de plastique ou d’acier. Trois familles se distinguent : le silicium amorphe (a-Si), le Tellurure de Cadmium (CdTe) et les alliages Cuivre Indium/Galium Selenium (CIGS).

Enfin, il existe des filières émergentes encore au stade de la recherche. L’une d’elles, la filière organique, consiste à déposer des semi-conducteurs organiques sur un substrat de plastique ou de verre. Malgré un rendement relativement faible, entre 5% à 10%, cette filière offre des perspectives intéressantes de réduction de coûts.


Tableau 1 : Comparatif des principales technologies photovoltaïques commercialisées sur le marché.
Sources : Solar Photovoltaic Energy, International Energy Agency, « Le photovoltaïque intégré au bâtiment » Institut National de l’Énergie solaire
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Le leadership de l’Europe en perte de vitesse

L’Europe est le leader mondial incontesté du photovoltaïque avec une capacité cumulée installée de 70GW en 2012, soit 70% de la capacité installée dans le monde. Elle est suivie par la Chine (8,3 GW), les États-Unis (7,8 GW) et le Japon (6,9 GW).
Pour la seule année 2012, plus de 31 GW ont été installés dans le monde. L’Allemagne domine ce classement – pour la 13ème année consécutive – avec 7,6 GW connectés au réseau. Elle est suivie de la Chine (5 GW), de l’Italie (3,4 GW), des États-Unis (3,3 GW) et du Japon (2 GW). Il est à noter que la performance de la France (1,1GW), de l’Inde (1 GW), de l’Australie (1 GW) et du Royaume-Uni (985 MW) sont très en deçà des prévisions initiales de l’EPIA6.


Source : « Global Market Outlook for photvoltaics 2013 – 2017″ European Photovoltaic Industry Association
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Toujours selon les prévisions de (l’EPIA, le marché annuel du photovoltaïque pourrait atteindre en 2017 48GW selon un scénario normal7 voire 84 GW selon le scénario d’une politique incitative. Ceci étant, le rôle de leader de la filière jusqu’ici tenu par l’Europe est menacé. En effet, contre 74% des nouvelles capacités installées dans le monde en 2011, l’Europe n’en comptabilisait que 55% en 2012. A l’avenir, ce seront des pays comme la Chine, les États-Unis, le Japon et l’Inde qui vont soutenir la demande mondiale du photovoltaïque.

Cette globalisation de la filière se traduit notamment au niveau des producteurs de panneaux photovoltaïques. La progression des acteurs chinois est spectaculaire puisqu’ils comptent désormais 5 places parmi les 10 principaux fabricants de cellules photovoltaïques (voir Tableau 2).


Tableau 2: Principaux fabricants de panneaux photovoltaïques dans le monde en 2012
Source : Baromètre photovoltaïque, EUROBSER’ER – Avril 2013
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La montée des acteurs chinois s’est faite au détriment des acteurs européens qui ont connu une véritable hécatombe industrielle. Depuis 2011, les mauvaises nouvelles dans le domaine de l’industrie photovoltaïque semblent ne plus finir avec une cascade de faillites, de restructurations, de fermetures d’usines ou de rachats.
Parmi les entreprises européennes les plus renommées du secteur, on peut citer la faillite de Q Cells et son rachat par le coréen Hanwha ou la prise de contrôle de Solon SE, autre poids lourd allemand, par Microsol, un fabricant de cellules solaires basé aux Émirats Arabes Unis.

Les tendances futures de la filière photovoltaïque

Sur la base des projections de l’AIE8, les travaux de recherche permettront de réaliser davantage d’économies d’échelle tout en améliorant le rendement des cellules photovoltaïques. En plus des technologies actuelles, la filière photovoltaïque connaîtra l’arrivée de nouvelles technologies.

La filière cristalline restera la filière dominante avec des parts de marché prévisionnelles de 50% à l’horizon 2020. Les principaux enjeux de cette filière, à horizon 2020, consistent à réduire la quantité de Silicium nécessaire, automatiser davantage le processus de fabrication et atteindre des rendements cibles de 25% pour C-Si et 21% pour mc-Si. La filière couches minces, quant à elle, devra améliorer les techniques de dépôt des couches minces sur de grandes surfaces et le recyclage des matériaux toxiques (notamment le cadmium). A horizon 2020, les rendements cibles atteindront 12% pour les couches minces silicium, 15% pour CIGS et 14% pour CdTe. A partir de 2020, de nouvelles filières actuellement au stade de recherche verront probablement le jour. L’une d’elles, la filière organique, serait amenée à faire son entrée dans des applications de niche. Toutefois, la pertinence de cette technologie pour la production de l’électricité reste à prouver.

En plus des défis techniques, la filière photovoltaïque doit développer le recyclage des cellules. En Europe, quelques 35000 tonnes de déchets annuels devront être traités à l’horizon 2020. En 2007, l’association PV Cycle9 s’est engagée à établir – en partenariat avec l’UE – un schéma volontaire de récupération des déchets basé sur le principe du pollueur-payeur. Ainsi, à l’horizon 2015, 65% des panneaux photovoltaïques usagés seront collectés et 85% des matériaux des panneaux usagés collectés seront recyclés.

La filière photovoltaïque est une alternative intéressante pour relever les défis énergétiques futurs. Toutefois, cette filière est tributaire de nombreux facteurs de succès parmi lesquels la mise en place d’un cadre législatif incitatif pour la production de l’électricité, l’investissement soutenu dans les travaux de R&D et le renforcement de la collaboration internationale en la matière. Toutefois, c’est la problématique du stockage de l’électricité produite qui définira le schéma d’évolution du photovoltaïque.

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Notes :
(1) Concentrated Solar Power
(2) Solar thermal collectors for heating and cooling
(3) La puissance normalisée d’un module photovoltaïque s’exprime en Watt crête (noté Wc) et correspond à la puissance électrique qu’il délivre sous un éclairement solaire normalisé de 1 kW/m2, correspondant à l’énergie reçue en plein midi face au soleil par temps clair sous la latitude de l’Espagne.
(4) Energy Payback Time ou temps de retour énergétique : délai pour qu’un module PV produise la même quantité d’énergie que celle qui a été nécessaire à sa fabrication.
(5) Pour 1000 heures de fonctionnement par an.
(6) European Photovoltaic Industry Association.
(7) On suppose par là un comportement de marché plutôt pessimiste sans modification ni remplacement appropriés des mécanismes de support actuels à la filière.
(8) Agence Internationale de l’Energie
(9) Association qui regroupe près de 80% des industriels de la filière photovoltaïque en Europe

Sources :
• La conversion photovoltaïque de l’énergie Solaire, Daniel LINCOT – CNRS
• Les technologies du photovoltaïque, Syndicat des Energies Renouvelables
• Solar Photovoltaic Energy, International Energy Agency
• Global Market Outlook for photvoltaics 2013 – 2017, European Photovoltaic Industry Association
• Baromètre photovoltaïque, EUROBSER’ER – Avril 2013
• Le photovoltaïque intégré au bâtiment, Institut National de l’Énergie solaire

Articles dans : Articles,Energies Renouvelables

Aucun Commentaire » | 12 décembre 2013 | Envoyer Envoyer | Print This Post

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