Solaire photovoltaïque

32 Pages·2017·4.85 MB·French

Solaire photovoltaïque
FEUILLE DE ROUTE STRATÉGIQUE
SOMMAIRE
PRÉAMBULE 3
LISTE DES MEMBRES DU GROUPE D’EXPERTS 4
1. ÉLÉMENTS DE CONTEXTE 5
2. BILAN SUR LE FINANCEMENT DE LA RECHERCHE 13
3. PROSPECTIVE 14
3.1 Applications et potentiel à l’horizon 2050 14
3.2 Paramètres clés 15
3.2.1 Technologie / Innovation / Industrie 15
3.2.2 Intégration au bâtiment 15
CLIQUEZ
sur la page 3.2.3 Services et optimisation des réseaux 16
concernée 3.2.4 Thématiques transversales 16
3.3 Objectifs 2020 17
3.4 Priorités de recherche 19
3.4.1 Priorités technologiques, de la cellule à la structure 19
3.4.2 Dans le domaine de l’intégration au bâtiment et des nouveaux usages 20
3.4.3 En termes de services et d’optimisation des réseaux 21
3.4.4 Priorités technologiques transversales 22
3.4.5 Priorités non technologiques 22
4. ANNEXES 24
4.1 Les technologies de cellules solaires photovoltaïques 24
4.2 Bilan détaillé sur le financement de la recherche (ANR, ADEME, FUI) 25
Ce document est édité par l’ADEME
ADEME
27, rue Louis Vicat
75737 PARIS Cedex 15
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Impression : STIPA (ce document a été imprimé sur papier Satimat Green, composé de 60% de fibres recyclées et 40% de
fibres vierges, labellisé FSC - PEFC et ISO 14001)
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Brochure référence : 010243
ISBN imprimé : 979-1-02970-862-6 / ISBN électronique : 979-1-02970-863-3 / juin 2017 - 1 000 exemplaires
Dépôt légal : ©ADEME Éditions, juin 2017
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PRÉAMBULE
Fin 2009, l’ADEME avait publié, en s’appuyant sur un Courant 2015, l’ADEME a ainsi sollicité un nouveau panel
groupe d’experts publics et privés, une feuille de route sur d’experts publics et privés pour identifier les paramètres
l’électricité photovoltaïque qui précisait notamment des clés pour la filière et ses acteurs, sur la base d’éléments de
cibles à atteindre à l’horizon 2020 et les barrières à lever contexte nationaux et internationaux concernant la filière
pour favoriser le développement de la filière. Elle propo- photovoltaïque et d’un bilan national sur le financement
sait une description détaillée des technologies de cellules de projets de recherche, développement et innovation
photovoltaïques (PV) disponibles, des procédés de mise (RDI) et de structures de recherche. L’objectif est de préci-
en œuvre sous forme de modules et de raccordement au ser les objectifs à atteindre à l’horizon 2020 et d’actualiser
réseau électrique. les priorités de recherche aussi bien technologiques que
non technologiques.
Les évolutions observées depuis 2009 (forte diminution du
coût des cellules, modules et systèmes PV ; évolution des De façon complémentaire, l’étude technico-économique
tarifs d’achat et du rythme d’installations des systèmes PV ; de la filière photovoltaïque française (bilan, perspectives
évolutions réglementaires ; réduction du nombre d’entre- et stratégie ou BiPS), publiée par l’ADEME fin 2015, four-
prises sur la filière PV) ont rendu nécessaire la mise à jour nit des éléments précis quant aux coûts des systèmes PV,
de cette première édition. Cela concerne essentiellement : à leur rentabilité, aux emplois et aux acteurs clés. Elle a
pour objectif de proposer une stratégie de soutien au dé-
• l’analyse du positionnement et des spécificités des ac-
veloppement de la filière photovoltaïque en France pour
teurs français pour contribuer à l’amélioration de leur
la période 2016-2020.
compétitivité et au développement de leurs marchés à
l’export ; Cette feuille de route s’articule par ailleurs avec la fiche
• l’identification des paramètres clés structurant l’évolu- photovoltaïque réalisée dans le cadre de l’élaboration de
tion de la filière ; la Stratégie nationale de la recherche dans le domaine
• les objectifs à atteindre d’ici à 2020 en termes de péné- de l’énergie (SNRE). En effet, alors que la feuille de route
tration de marché, d’objectifs de recherche et d’innova- présente des priorités de recherche à mettre en œuvre à
tion (ex. : rendement de cellule, coûts de production du différents horizons temporels, la fiche SNRE sur le photo-
kilowattheure (kWh) photovoltaïque). voltaïque décrit l’état de l’art des technologies.
Les visions prospectives d’ici à 2020 développées dans
l’édition de 2009 n’ont pas été modifiées. En fin de docu-
ment, cette nouvelle édition propose une série d’actions à
engager pour poursuivre la structuration de la filière pho-
tovoltaïque. Ces actions concernent aussi bien des ques-
1 http://www.ademe.fr/feuille-route-lelectricite-photovoltaique.
tions de modèles d’affaires, de mobilisation du secteur
2 h ttp://www.ademe.fr/etude-technico-economique-filiere-photovol-
bancaire et assurantiel, de standards et de normalisation. taique-francaise-bilan-perspectives-strategie.
SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE / FEUILLE DE ROUTE STRATÉGIQUE 3
SOMMAIRE
LISTE
DES MEMBRES DU GROUPE D’EXPERTS
NATURE ORGANISME
DE L’ORGANISME NOM D’APPARTENANCE3
Thierry Lefèbvre Batilux
Jérôme Damon-Lacoste Total
Laetitia Brottier Dualsun
Robert De Franclieu / Jed Kraiem Apollon Solar
Dominique Jousset Arkema
Alain Madec Air Liquide
Entreprises privées Philippe Lay ECM Green Tech
Khalid Radouane EDF Énergies Nouvelles
Gilles Goaer EDF ENR PWT (Photowatt)
Jacques Letzelter Schneider Electric
Véronique Charrier Semco Engineering
Santo Martinuzzi Expert indépendant
Nicolas Defrenne PV Cycle France
Daniel Lincot CNRS-IRDEP-IPVF
Organisme
de recherche Philippe Malbranche Institut national de l’énergie solaire (INES)
Jean-Christophe Visier Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB)
Pascal Bain / Romain Metaye Agence nationale de la recherche (ANR)
Organisme public
Louise Oriol MEDDE / DGEC
Le groupe d’experts a reçu l’appui d’un secrétariat technique
de l’ADEME composé de Patricia Sidat, Yvonnick Durand,
David Marchal, Régis Le Bars, Daniel Clément et Nicolas Tonnet.
3 EDF : Électricité de France
CNRS : Centre national de la recherche scientifique
IRDEP : Institut de recherche et développement sur l’énergie photovoltaïque
IPVF : Institut photovoltaïque d’Île-de-France
MEDDE : Ministère de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie
DGEC : Direction générale de l’énergie et du climat
4
SOMMAIRE
1/ ÉLÉMENTS DE CONTEXTE
Que ce soit au niveau des politiques d’accompagnement de la filière, des performances des sys-
tèmes photovoltaïques ou des prix de l’électricité photovoltaïque, la période 2009-2015 a été
marquée par d’importantes évolutions tant en termes de marchés et de puissances installées que
de technologies.
LE SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE
Le système photovoltaïque comporte, d’une part, un ou plusieurs champs de modules photovoltaïques et, d’autre
part, plusieurs composants que les spécialistes regroupent sous le terme BOS pour balance of system et qui com-
portent les organes de coupure, les appareils de contrôle et surveillance, les compteurs, les convertisseurs, les sys-
tèmes de stockage de l’énergie, etc.
MARCHÉS ET PUISSANCES INSTALLÉES DANS LE MONDE
La plus forte dynamique est observée en Chine et
FIGURE-1 MARCHÉ PV POUR L’ANNÉE 2015 ET CAPACITÉ
au Japon. La puissance totale installée en 2015,
CUMULÉE EN FIN 2015
au niveau mondial, est de 51 gigawatts crête4
(GWc). Elle permet d’atteindre une puissance
MARCHÉ PV ANNÉE 2015
totale cumulée de 228 GWc (voir figure 1).
AUTRES RÉGIONS, 10%
En 2015, la Chine et le Japon ont installé plus de SUISSE, 1%
PAYS-BAS, 1%
50 % de la puissance photovoltaïque mondiale CHILI, 1%
CANADA, 1%
FRANCE, 1%
annuelle. CORÉE, 2% CHINE, 30%
AUSTRALIE, 2%
4 Le watt-crête (Wc) est l’unité de mesure de la puissance ALLEMAGNE, 3%
maximale d’un système PV. INDE, 4%
UKRAINE, 8%
JAPON, 21%
ÉTATS-UNIS, 14%
CAPACITÉ PV CUMULÉE FIN 2015
AUTRES RÉGIONS, 12%
BELGIQUE, 2% CHINE, 19%
CORÉE, 2%
AUSTRALIE, 2%
INDE, 2%
ESPAGNE, 2%
FRANCE, 3%
ALLEMAGNE, 18%
UKRAINE, 4%
ITALIE, 8%
ÉTATS-UNIS, 14% JAPON, 15%
Source : IEA-PVPS, Trends 2016 in photovoltaic applications.
SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE / FEUILLE DE ROUTE STRATÉGIQUE 5
SOMMAIRE
Par ailleurs, de nouveaux pays tels que le Chili, l’Inde et l’Australie sont apparus sur le marché (voir figure 1 et tableau 1).
TABLEAU-1 LISTE DES PAYS AVEC LES PUISSANCES ANNUELLES PV INSTALLÉES LES PLUS ÉLEVÉES
RANG 2013 2014 2015
1 Chine Chine Chine
2 Japon Japon Japon
3 USA USA USA
4 Allemagne Royaume-Uni Royaume-Uni
5 Italie Allemagne Inde
6 Royaume-Uni France Allemagne
7 Roumanie Corée Australie
8 Inde Australie Corée
9 Grèce Afrique du Sud France
10 Australie Inde Canada
Source : IEA-PVPS, Trends 2016 in photovoltaic application
Bien que l’Europe représente encore la FIGURE-2 RÉPARTITION GÉOGRAPHIQUE DES SYSTÈMES INSTALLÉS
première zone géographique d’implanta-
tion des systèmes photovoltaïques (avec
un peu moins de 50 % de la puissance cu-
mulée), la part de la zone Asie-Pacifique
augmente très rapidement depuis 2012,
et devrait dépasser la zone Europe cou-
rant 2016 (voir figure 2).
Row
Les Amériques
Asie-Pacifique
Moyen-Orient et Afrique
Europe
Source : IEA-PVPS, Snapshot of global PV markets, 2014
6
SOMMAIRE
PRODUCTION PHOTOVOLTAÏQUE ET COÛTS
En termes de production d’électricité photovoltaïque et permettent à l’électricité photovoltaïque d’être compéti-
de taux de couverture de la demande annuelle en élec- tive dans de nombreux pays comparativement aux autres
tricité, l’Italie, la Grèce et l’Allemagne se démarquent technologies de production d’énergie et au prix d’achat
nettement dans le monde avec plus de 7 % de leur de- de l’électricité du réseau. C’est notamment le cas de pays
mande en électricité couverte fin 2015 par la produc- tels que l’Italie, l’Espagne, les États-Unis, le Chili ou le Brésil
tion photovoltaïque (voir figure 3). Au niveau mondial, grâce à leurs conditions climatiques ou économiques.
32 pays produisent a minima 1 % de leurs besoins en Cette évolution permet également l’émergence d’une
électricité (dont 12 plus de 5 %) grâce au photovoltaïque ; offre d’autoconsommation de la production PV économi-
plus de 1 % de la demande électrique mondiale est quement rentable.
couverte par la production photovoltaïque. En 2016,
Depuis 2008, la fabrication des modules PV a très forte-
les systèmes PV installés dans le monde entier de-
ment augmenté en Asie et s’est sensiblement réduite en
vraient permettre d’atteindre une production autour de
Europe (voir figure 4).
225-230 TWh.
L’amélioration des performances des systèmes photovol-
5 Exemple : le coût d’une centrale au sol PV a été divisé par 4 au cours des
taïques ainsi qu’une baisse des coûts de fabrication des
dernières années. Il est passé de 6 €/Wc en 2007 à 1,25 €/Wc en 2014
composants et des coûts d’installation des systèmes5 (pour des centrales sans trackers, permettant la poursuite du soleil).
FIGURE-3 TAUX DE COUVERTURE, PAR PAYS, DE LA DEMANDE ÉLECTRIQUE PAR LA PRODUCTION PV
Taux de couverture (%)
1. HONDURAS
2. KIRIBATI
3. ITALIE
4. SAINTE-HÉLÈNE
5. ALLEMAGNE
REPÈRE À 1 %
HONDURKIARSSIABIANTTIIET-AHALÉYLLLÈENMEAGNGEGRCUÈIACNP-GEÎÉVULEIE-ENRBSI ÉTESS SAÉLAQOUUSMAITEOORNRRIAA LLEECOONMEORROWSANDAMBAELLRTÉGEIBPQUUULBELGIAQRIUJEEA TPCOHNÈEQSUPEAGINSERROAUËLMANIEARU.-STUD.RAANLIEEMARSKUISLSSOSEVLÉONVIAEQUIEACUHITLIRICFHREAPNOCTEUPGAAYLS-BAMSONDTCEHHIAÏNLEANDÉCETOARTÉAS-EFRUINIQSUIE NDDEU SCUADNAUDKARAITNAEÏWMAALNAISIE
Électricité Électricité Électricité PV injectée dans Production totale PV en % de la demande
autoconsommée autoconsommée le réseau pour les pays d’électricité PV pour en électricité
du programme IEA-PVPS les autres pays dans le monde
Source : IEA-PVPS, Trends 2016 in photovoltaic applications
SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE / FEUILLE DE ROUTE STRATÉGIQUE 7
SOMMAIRE
FIGURE-4 RÉPARTITION GÉOGRAPHIQUE DES CAPACITÉS DE FABRICATION DES MODULES PV EN MÉGAWATTS CRÊTE (MWC)
45 000
40 000
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
États-Unis Europe Japon Chine Taïwan Reste du monde Capacité totale de fabrication
Source : SPV Market Research (2014), Photovoltaic manufacturer shipments : capacity, price & revenues
ÉVOLUTION DES FILIÈRES TECHNOLOGIQUES6
Depuis 2011, on a assisté à une forte évolution de la “thin films” dans la figure 5) reste stable (~ 10 %) même si
répartition des parts de marché des différentes filières on observe depuis 2012 un fort ralentissement de la tech-
photovoltaïques (voir annexe 4.1), bien que la technolo- nologie a-Si (voir figure 6) au bénéfice des filières CI(G)S
gie silicium reste majoritaire (~ 90 % du marché) et quasi- et CdTe.
ment inchangée (voir figure 5). C’est avant tout la consé-
quence d’innovations technologiques au sein des filières, La multiplication des filières (silicium cristallin, couches
notamment pour la filière silicium cristallin (multicristallin minces, cellules organiques, cellules hybrides) a permis
(mc-Si), monocristallin (mono Si)). La part de marché des une forte dynamique d’innovation. Les progrès sont par-
couches minces (tellurure de cadmium (CdTe), silicium ticulièrement robustes, que ce soit en matière de baisse
amorphe (a-Si), cuivre, indium et sélénium associé ou des coûts, d’augmentation des performances ou de
non à du gallium (CI(G)S) regroupés sous la désignation réduction des impacts environnementaux.
FIGURE-5 ÉVOLUTION DES PARTS DE MARCHÉ DES PRINCIPALES FILIÈRES COMMERCIALISÉES ;
STD : TECHNOLOGIES “STANDARD” ; ADV : TECHNOLOGIES AVANCÉES ; MC-SI : MULTICRISTALLIN ;
MONO SI : MONOCRISTALLIN ; THIN FILMS : COUCHES MINCES
Part de marché (%)
std, mc-Si
60
adv. mc-Si
std, mono Si
50
adv. mono Si
n-type mono Si
40
couches minces
30
20
6 Présentation des différentes technologies de cellules solaires
10
photovoltaïques (silicium, couches minces, cellules organiques) :
http://www.photovoltaique.info/Les-technologies-de-cellules.
html.
0
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Source : Greentech Media - Solar Impulse 2015
8
SOMMAIRE
FIGURE-6 PRODUCTION ANNUELLE MONDIALE DE MODULES PV COUCHES MINCES
CdTe
2 500 a-Si
CI(G)S
2 000
1 500
1 000
500
0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Source :
Fraunhofer ISE, août 2015
BILAN AU NIVEAU NATIONAL
Installations
Comme le montre la figure 7, après une forte hausse des Suite à cette période de très forte variation (2009-2013),
puissances raccordées entre 2009 et 2011, la période l’année 2014 a vu l’installation d’un peu plus de 900 MW
2011-2013 reste marquée par une forte baisse (643 méga- de systèmes photovoltaïques, ce qui a permis de dépas-
watts (MW) en 2013 contre 1 612 MW en 2011). Cela est no- ser l’objectif initial de 5,4 GW fixé pour la filière photovol-
tamment dû à une diminution du niveau des tarifs d’achat taïque à l’horizon 2020 dans le cadre de la programmation
que la baisse du prix des équipements sur cette période pluriannuelle des investissements de production d’électri-
(- 17 %) n’a pas compensé. Le montant du marché aux cité de 2009.
prix courants ne s’élève ainsi qu’à 1,4 milliard d’euros en
2013 contre 4,2 milliards en 20117.
FIGURE-7 ÉVOLUTION DES NOUVELLES PUISSANCES RACCORDÉES CHAQUE ANNÉE EN FRANCE,
PAR TYPE D’APPLICATION
plus de 250kWc
>100kW et < = 250kW
>36 et < = 100kW
>9kW et < = 36kW
>3kW et < = 9kW
< = 3kW
Total
7 Stratégie et études, ADEME&VOUS, 10 avril 2015, Maîtrise de l’énergie et développement des énergies renouvelables, état des lieux des marchés et des
emplois : http://www.ademe.fr/ademe-lettre-strategie-ndeg-43.
SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE / FEUILLE DE ROUTE STRATÉGIQUE 9
SOMMAIRE
Fin 2014, on comptait un peu plus de 340 000 installations ci-dessous) : installations d’une puissance allant de
en France (métropole et Outre-Mer) pour une puissance 1 kWc à 1 MWc8.
installée (voir tableau 2) de : Fin 2014, les régions Aquitaine, Provence-Alpes-Côte
• 1,7 GWc pour les systèmes PV de production centralisée d’Azur, Midi-Pyrénées et Languedoc-Roussillon se par-
et connectée au réseau (installations d’une puissance tagent plus de la moitié de la puissance installée en
supérieure à 1 MWc), France métropolitaine.
• 3,9 GWc pour les systèmes PV de production distribuée
8 National Survey Report of PV Power Applications in FRANCE, 2014,
et connectée au réseau, intégrés au bâti (voir encadré ADEME - AIE PVPS.
TABLEAU-2 RÉPARTITION DE LA PUISSANCE PV INSTALLÉE EN FRANCE SELON LA PUISSANCE DES INSTALLATIONS
APPLICATION 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Production centralisée
connectée 0 0 0 7,1 41,7 242 701,8 1 021,4 1 340,4 1 678,4
au réseau (MWc)
Production distribuée
connectée au réseau 5,9 15,3 51,9 148,8 299,2 933,9 2 244,1 3 039,5 3 363,5 3 952,5
(MWc)
Total connecté
5,9 15,3 51,9 155,9 340,9 1 175,9 2 945,9 4 060,9 4 703,9 5 630,9
au réseau (MWc)
INTÉGRATION AU BÂTI
Les modules photovoltaïques intégrés au bâti se substituent aux éléments de construction traditionnels des mai-
sons et immeubles, ils ne sont pas montés en surimposition mais intégrés. Plus esthétiques, ils ont aussi l’avan-
tage, sur des constructions neuves, d’accroître la rentabilité du projet, car ils viennent se substituer aux matériaux
traditionnels.
MARCHÉS ET EMPLOIS9
Les industriels français (équipementiers, fabricants de Comme l’indique la figure 9, en termes d’activités de
modules, fabricants de composants BOS…) et les ins- production, l’installation représente à elle seule plus de
tallateurs couvrent l’ensemble de la chaîne de valeur la moitié (52 %) des emplois directs, soit environ 4 400
du photovoltaïque. Le recul du marché PV entre 2010 et équivalents temps plein (ETP11). La maintenance quant à
2013 (voir figure 8) a fortement impacté l’ensemble des elle concentre 16 % des emplois directs (soit 1 300 ETP12).
secteurs de la filière, et plus particulièrement celui de la Ce sont des emplois pérennes, amenés à se développer
fabrication des modules et des cellules en France. avec l’accroissement du parc installé.
Au 1er janvier 2014, les capacités de production française
de modules sont de l’ordre de 800 MW/an.
On observe en 2014 un premier rebond du marché (lié
9 Les données mentionnées dans cette partie sont majoritairement
au développement des capacités de production d’éner-
issues de l’étude technico-économique de la filière photovoltaïque
gie renouvelable photovoltaïque). Les emplois ne suivent française (bilan, perspectives et stratégie), ADEME, 2015.
cependant pas cette tendance du fait d’une part d’instal- 10 Les données 2014 ne sont pas totalement comparables aux données 2013,
lation de centrales au sol plus importante en 2014, com- la méthodologie d’estimation des emplois et marchés étant différente.
parativement aux années antérieures (voir figure 8). 11 Il s’agit du nombre d’équivalents temps plein générés par l’installation
de 927 MW de centrales “clés en main” en 2014.
Les équipementiers français se tournent prioritairement
12 Il s’agit du nombre d’ETP nécessaires aux activités de maintenance des
vers les marchés à l’export pour assurer leur activité. installations photovoltaïques déjà existantes en 2014.
10
SOMMAIRE