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La technologie photovoltaïque,

une réalité

La technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie des solutions qui permettront à la fois de diversifier les sources d’énergie et de préserver la planète en luttant contre l’effet de serre.

Du module photovoltaïque, jusqu’à la production d’énergie au réseau électrique, les équipements qui composent l’installation photovoltaïque relèvent de l’activité des constructeurs et des metteurs en œuvre du secteur électrique.

Ce marché à haut niveau d’exigence en matière de sécurité et de qualité est en forte croissance. Il est passé en une décennie d’un stade expérimental à un stade industriel qui appelle à une professionnalisation s’appuyant sur la normalisation des règles d’installation, des composants et de leur mise en œuvre.

La maîtrise de cette technologie photovoltaïque est une opportunité pour les constructeurs de matériels électriques regroupés au sein du Gimélec de démontrer leur implication dans la recherche de solutions pour optimiser les installations électriques concourant à la préservation de l’environnement.

C’est une profession consciente de sa responsabilité qui vous propose cette plaquette d’information.

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Les principes

La conversion d’énergie solaire en énergie électrique

La transformation du courant continu en courant alternatif

En frappant les cellules semi-conductrices à base de silicium (ou d’autres matériaux) qui constituent le panneau solaire, les photons du rayonnement solaire provoquent l’apparition d’un courant électrique continu de l’ordre de quelques ampères sous une tension de l’ordre de quelques centaines de millivolts.

Afin d’augmenter la tension, les cellules sont assemblées en séries pour former des modules (« panneaux solaires »). Les modules sont à leur tour mis en séries appelées « chaînes » (‘strings’) et les chaînes mises en parallèle pour obtenir des générateurs (‘arrays’). Ces derniers peuvent aller de quelques centaines de VA à plusieurs MVA.

Le courant continu produit varie en permanence en fonction de l’intensité lumineuse reçue et de la température.

L’unité de mesure photovoltaïque est le Watt-crête (Wc). C’est la puissance théorique exprimée en Wc ou en kWc d’une installation lorsqu’elle est soumise à un éclairement

de 1000 W/m2 perpendiculaire à la surface des capteurs, à une température conventionnelle de 25°C.

L’énergie électrique est distribuée et utilisée principalement sous forme de courant alternatif. C’est pourquoi l’énergie photovoltaïque produite en courant continu doit faire l’objet d’une conversion en courant alternatif à l’aide d’un onduleur.

L’impératif de rendement optimum du système complet impose que l’onduleur s’adapte aux variations de la puissance (celle-ci étant fonction de l ’ensoleillement), tout en restant synchronisé sur le réseau alternatif de distribution.

En outre, le système présente les spécificités suivantes :• Etant impossible d’arrêter

l’ensoleillement, l’énergie toujours présente engendre des risques d’électrocution ou d’incendie. Ces risques sont anticipés par la mise

en œuvre de coffrets, canalisations, connectiques très sécurisées en plus des dispositions constructives particulièrement sévères des panneaux photovoltaïques.

• L’installation en courant continu nécessite la mise en œuvre d’appareillage de commande, de coupure et de protection dédié à ce type de tension.

• L’exposition à la foudre des infrastructures et des capteurs prédispose ces installations aux surtensions engendrées. Une mise en œuvre adaptée de parafoudre est nécessaire à ce niveau de réseau.

La fourniture et la mise en place de dispositifs adaptés pour garantir la sûreté de fonctionnement et d’exploitation de ce type d’installation implique la contribution de professionnels avertis.

Photons

Zone dopée N

Zone dopée P(tranche de silicium)

300 µm

Schéma symbolique d’un onduleur

Courant continu

Courant alternatif

L

N

Principe d’un panneau photovoltaïque

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À l’échelle mondiale comme en Europe, les 7 dernières années ont vu la puissance installée multipliée par 10 ce qui a permis une réduction des coûts de 40% pour les systèmes et de 30% pour les modules.

Les études récentes affichent une capacité cumulée au niveau mondial de 800 GWc à 1800 GWc en 2030, ce qui représenterait plus de 20% de la production d’électricité.

En France, les prévisions du Grenelle de l’environnement fixent un objectif national à 5,4 GWc d’ici 2020. Cependant une vision du marché s’appuyant sur la prospective de pénétration prioritaire du photovoltaïque dans le bâtiment neuf permet d’envisager pour 2020 une puissance installée de 13,4 GWc soit le triple de cet objectif, si l’on inclut les centrales au sol.

Les enjeux

Un énorme potentielLes sources d’énergies renouvelables offrent l ’équivalent de 3078 fois la consommation actuelle mondiale d’énergie(UVS e.V. / Source DLR, Dr Nitsch)

En 2050, 20 % de l ’énergie utilisée dans le monde sera produite par des installations photovoltaïques(DENA/ Source WBGU)

France : une croissance exponentielle

MWc installés annuellement en France

Taux d’énergie primaire [EJ/an]

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50

100

150

200

250

300

350

400

20122011201020092008200720062005

21002050204020302020201020000

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Solaire (photovoltaïqueet thermo-électrique) et solaire thermique

Autres énergies renouvelablesdont éolien et géothermie

Biomasse

Nucléaire

Energies fossiles

Les sources d’énergies renouvelables offrent l’équivalent de 3078 foisla consommation actuellemondiale d’énergie

Rayonnementsolaire direct

2850 fois

Vent200 fois Biomasse

20 fois

Géothermie20 fois

Océans2 fois

Hydro-électrique1 fois

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L’efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre sont des éléments majeurs pris en compte par le secteur de la construction de bâtiments. En effet, l’habitat (tertiaire et résidentiel) représente environ 40% de la consommation énergétique française.

Les constructeurs du Gimélec apportent des réponses au défi énergétique de ce siècle. Ils s’organisent et travaillent ensemble pour que les innovations apportées par la recherche deviennent une réalité à l’échelle industrielle.

Les solutions proposées en technologie photovoltaïque en constituent un parfait exemple. Elles englobent la totalité de l’installation électrique depuis la boîte de jonction positionnée en aval des cellules photovoltaïques, jusqu’au raccordement au réseau public.

L’environnement

L’objectif européen des 3 x 20Présenté le 23 janvier 2008, le « paquet climat – énergie » de la commission européenne propose un objectif dit des « 3 x 20 » :

Arriver d’ici 2020 à…• 20% d’économies d’énergie• 20% de réduction des émissions

de gaz à effet de serre• 20% d’énergie renouvelable dans

la consommation totale d’énergie

L’atteinte du premier objectif nécessitera une amélioration considérable de l’efficacité énergétique des bâtiments et loge-ments en réduisant la consomma-tion énergétique d’une moyenne de 250 kWh/m2/an aujourd’hui à moins de 100 kWh/m2/an en 2020.

L’investissement

Le photovoltaïque est un excellent outil pour atteindre les deux autres objectifs, puisque :• Un module photovoltaïque est conçu

pour durer de l’ordre de 20 ans.• Il rembourse en 2 à 4 ans,

suivant son exposition et son lieu d’installation, l’énergie nécessaire à sa production.

• Sa production d’énergie n’est accompagnée d’aucune émission de gaz à effets de serre.

• 25 m2 de modules photovoltaïques permettent de produire l’équivalent de la consommation électrique moyenne annuelle d’un ménage (3500 kWh par an).

Facilement intégrable au bâtiment, le photovoltaïque est donc le complément idéal aux mesures d’amélioration de la performance

Logement économe

Logement énergivore

Logement

kWh/m2/an

≤ 50A51 à 90 B91 à 150 C151 à 230 D231 à 330 E331 à 450 F> 450 G

énergétique pour atteindre le « bâtiment zéro énergie », dont la production et la consommation s’équilibreront.

Des conditions favorables pour investirPour favoriser le développement de l’énergie photovoltaïque et enclencher le cercle vertueux augmentation du volume – réduction des coûts, les pouvoirs publics ont mis en place différents dispositifs incitatifs qui peuvent être classés en trois catégories :

1 - L’obligation d’achat et le tarif d’achat

La loi n° 2000-108 du 10 février 2000 relative à la modernisation et au développement du service public de l’électricité a introduit la notion d’obligation d’achat. …

Une rentabilité croissanteEn France, une parité du coût avec l ’électricité conventionnelle devrait être atteinte entre 2014 et 2019, en fonction des utilisations.(UVS e.V. / Source RWE Schott Solar)

Espagne

France

Allemagne

Evolution du coût de l’électricité photovoltaïque (EUR/kWh)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

20402030202020102000

Heures de pointe

Coût de l’électricité conventionnelle

Heures creuses

Zone de rentabilité de l’électricité photovoltaïque

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Une réalitéLa première maison d’habitation résidentielle alimentée par des cellules photovoltaïques a été construite à l’Université de Delaware (USA) en 1973.Au cours des cinq dernières années, la production de modules photovoltaïques et leur utilisation en Europe ont augmenté de façon spectaculaire en s’étendant aux fermes solaires puis aux bâtiments tertiaires.

Le marché s’articule autour de quatre segments :• la maison individuelle (2 à 5 kWc),• le bâtiment collectif (5 à 100 kWc),• les toitures industrielles ou grand tertiaires

(au-delà de 250 kWc),• et les centrales au sol ou « fermes solaires »

(plusieurs MWc).

Cette notion oblige les distributeurs à conclure, si les producteurs intéressés en font la demande, un contrat pour l’achat de l’électricité produite sur le territoire national par les installations photovoltaïques d’une puissance inférieure à 12 MW.Ce contrat est établi pour une durée de vingt ans.

2 - Les avantages fiscauxPour les particuliers, l’article 90 de la loi de finances 2005 a mis en place un crédit d’impôt dédié aux dépenses d’équipements de l’habitation principale en faveur des économies d’énergie et du développement durable.

Les entreprises ne bénéficient pas de ces dispositions, mais peuvent par contre amortir leur installation de production d’électricité au même titre que leurs investissements de production.

3 - Les aides et subventionsCertaines collectivités locales ont complété le dispositif par des aides et des subventions qui peuvent être attribuées aussi bien aux particuliers qu’aux entreprises, suivant les cas.

Une installation résidentielle

Une installation sur un bâtiment commercial

Une centrale de production

… d’une puissance typique de :

3 kWc 250 kWc 4 MWc

… représente : 25 m2 de modules silicium cristallin intégrés en toiture

6000 m2 de modules couches minces sur revêtement d’étanchéité

80 000 m2 d’emprise au sol

… coûte (*) : 7 à 8 k€ le kWc 5,5 à 6 k€ le kWc 4,5 à 5 k€ le kWc

… et produit annuellement :

3000 à 3500 kWh 250 à 300 MWh 4000 à 4500 MWh

(*) Matériel, installation et raccordement, hors avantages fiscaux et subventions

Schéma de principe

Protection des chaînes PV

Parafoudres

Interrupteur DC

Conduire en DC

Connectique DC

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Garantir une exploitation optimale

• Les installations photovoltaïques nécessitent des précautions dans le choix de produits adaptés et un réel savoir-faire de spécialistes avertis pour la mise en œuvre.

• Une défaillance peut entraîner une production aléatoire d’énergie voire la destruction complète de l’installation, avec des conséquences considérables au regard de l’investissement. Sans parler des risques encourus par les personnes…

Impliqués dans les Comités de normalisation, les constructeurs du Gimélec proposent des équipements à la fois adaptés et compatibles entre eux.

La cohérence d’ensemble de votre installation s’en trouve facilitée et son exploitation optimisée et sécurisée.

Schéma de principe

Onduleurs PV

Relais différentiels

Interrupteurs DCParafoudres

Contrôle d’isolement

Boîtes de jonction

CompteursConnectique

Interconnecter

Produire

Raccorder

Convertir en AC

Séparer

Conduire en DC

SurveillerSuperviser

Équipements de monitoring

Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 - France - Tél. : +33 (0) 1 45 05 70 70 - Fax : +33 (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr

* le cas échéant

Ce document a été élaboré

avec le concours

des membres de la commission

« Photovoltaïque »

du Gimélec

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200

9

Démarches administratives

1 Faire établir un devis Consulter un bureau

d’étude ou un installateur

2 Déposer le permis de construire ou l’autorisation de travaux

Mairie du site de l ’implantation

8 Effectuer les travaux et obtenir l’attestation de conformité

Maître d’œuvre : BE ou installateur

9 Faire assurer l’installation auprès d’une compagnie d’assurance

3* Déposer une demande d’aide ou de subvention

Info. : www.ademe.fr

4 Déposer une demande de raccordement au réseau

auprès d’un distributeur

5 Demander un certificat d’éligibilité à l’obligation d’achat

www.drire.gouv.fr

7 Demander un contrat d’achat http://achat-photovoltaique.edf.fr

10 Établir le contrat de raccordement

avec votre distributeur

11 Établir le contrat d’achat et l’accord de rattachement au périmètre d’équilibre

http://achat-photovoltaique.edf.fr

6 Demander une autorisation d’exploiter https://ampere.industrie.gouv.fr/

Cré

dits

phot

os :

SMA

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struc

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s, D

igita

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lektra

visio

n

12 Effectuer la mise en service de l’installation

avec votre distributeur