Efficiency and Photovoltaic Solar: Impact and Sustainability

1. Efficacité et solaire photovoltaïque Sophie Avril, Christine Mansilla et Françoise Thais © INES

2. Efficacité technique :le rendement a-t-il un sens pour une énergie renouvelable ? © SOLAR IMPULSE

3. + + + - - - Le rendement, un critère important, parmi d’autres… • Le rendement : un enjeu dans les laboratoires de recherche L. L. Kazmerski / Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 150 52006 105-135 • Des filières aux caractéristiques technico-économiques différentes silicium cristallin vs. couches minces Rendement Dégradation Prix

4. Performances des cellules • Le rendement ne traduit pas la performance globale : • meilleur rendement pour le c-Si mais moindre production par kWc • impact majeur de la dégradation Production en kWh/kWc Si amorphe Si cristallin Nice Si amorphe Si cristallin Paris Source : I-tésé

5. centrale au sol toiture Du prix de la cellule au prix de l’installation … • Un prix du module plus faible peut rapidement être compensé par des coûts de structure élevés → adapter la technologie à l’application Source : I-tésé

6. … jusqu’au prix du système • Cas d’un site isolé insulaire avec production électrique photovoltaïque et stockage d’énergie par batteries au plomb → les contraintes de surface requièrent des rendements élevés Source : I-tésé

7. Efficacité environnementale et durabilité :quel impact du solaire photovoltaïque ?

8. Quelques exemples Emissions de gaz à effet de serre Analyse de Cycle de Vie des panneaux Si: étape fabrication Utilisation des ressources naturelles Métaux rares utilisés dans les couches minces Toxicité des matières utilisées Cas du Cadmium parmi d’autres… Occupation des sols Acidification (SO2) Smog (C2H4) Eutrophisation (PO43-) Eau Déchets Les impacts environnementaux de la filière photovoltaïque

9. Cycle de vie d’un module PV au Silicium Extraction sable Fabrication Raffinage du silicium Dépose et gestion des déchets Cristallisation du silicium et mise en forme des plaques Utilisation et entretien Transport éventuel Installation électrique Fabrication des cellules Montage et mise en place Assemblage des modules

10. Emissions de CO2 équiv. dues au lieu de fabrication d’un module PV Si • Energie grise: • verre, • aluminium, • autre. Source : I-tésé Impact négligeable du transport des éléments par bateau

11. Une offre contrainte métal rare : production limitée difficultés pour trouver des gisements opacité des filières d’approvisionnement quotas à l’export fixés par le plus gros producteur (Chine) Une forte croissance de la demande Indium pour le PV : une offre suffisante ? 1GW avec des cellules CIGS PV : 15t Cu, 22t In, 4t Ga et 55t Se C. Hocquard (BRGM)

12. Vers une crise ? Crise risque de montée des cours risque de pénurie • produits de substitution: le graphène (cristal de carbone, matériau nano-technologique) • recyclage • sécurisation d’approvisionnements (diversification, achat long terme, stockage)

13. Rejets de cadmium sur le cycle de vie pour différentes technologies • Elément hautement toxique sous toutes ses formes • Dangerosité: • contact avec les aliments • inhalation Les couches minces CdTe sont les moins émettrices de cadmium PV Environnemental Science and Technology 2008

14. Efficacité des aides au développement de la filière :illustration du cas français Carte d'ensoleillement de la France Parc photovoltaïque raccordé au réseau fin 2008 (Source : SER-SOLER, d'après ERDF, EDF-SEI)

15. Demande Offre Quels moyens pour le développement PV en France ? Tarifs d’achat, Crédits d’impôt, TVA réduite, aides régionales,… Objectifs de déploiement Politique à moyen et long terme é Décision de l’Etat Technologies Subvention R&D Soutien aux industriels consommation d ’é

16. Historique du développement du PV en France | 2010 Subventions off-grid on-grid Jusqu’à 95% pour les résidences principales 30 à 80% 35% 30% Métropole : 15 c€/kWh Corse et DOM TOM : 30c€/kWh Métropole : 30c€/kWh +25c€/kWh pour l’intégré au bâti Corse, DOM TOM : 40c€/kWh +15c€/kWh pour l’intégré au bâti 50 ou 58 c€/kWh pour les systèmes intégrés au bâti 42 c€/kWh pour les systèmes avec installation simplifiée au bâti entre 31,4 et 37,7 c€/kWh pour les centrales au sol Tarifs d’achat Crédits d’impôt 40% 50% du matériel jusqu’en 2012 Financement de la R&D sur le solaire PV R&D

17. Coût de la politique française • Les crédits d’impôt représentent aujourd’hui la plus grande part des dépenses Source : I-tésé

18. Estimation du coût annuel des tarifs d’achat • Un coût important dans les années 2020 → de l’ordre de 10 fois le coût de 2009 mais pour une production en MWh 30 fois supérieure Source : I-tésé

19. Conclusions • La ressource solaire n’est pas rationnée et son efficacité se pose en termes particuliers (coûts, surfaces au sol, productivité) • Le recours au solaire PV est promu du fait de son impact positif sur les émissions de GES, mais des nuances sont à apporter selon le lieu de fabrication des cellules (importance du mix électrique) • S’il est vrai que la ressource énergétique est abondante, il faut néanmoins être vigilant vis-à-vis de la durabilité des matériaux utilisés (métaux rares/recyclage) • Les moyens pour promouvoir le développement de la filière PV en France se sont portés majoritairement sur les aides en faveur de la demande (subventions, crédits d’impôts et tarifs d’achat). A l’avenir, une aide plus importante sur l’offre pourrait être envisagée.

20. Merci de votre attention