Photovoltaïque : vérités et ragots…

Photovoltaïque : vérités et ragots…
(Deuxième et dernière partie)
Faut-il investir dans le photovoltaïque ? Cette technologie est-elle efficace et intéressante pour
le particulier ? Dans le n°95 de votre revue Valériane, nous avions déjà commencé à répondre
à ces questions en compagnie de Christian Steffens, ingénieur industriel, consultant
indépendant en énergétique, électricité et électronique... Cette conversation au sujet de notre
avenir énergétique vous a passionnés ? En voici la suite…
Par Dominique Parizel
"Des gens me disent parfois : "L'écologie, je m'en fous ! J'ai fait mon calcul : le
photovoltaïque, avec les primes, les certificats verts et la déductibilité fiscale, cela me
rapporte plus que de placer mon argent à la banque !" Le raisonnement est certes un peu
malsain, dit Christian, mais la conclusion n'en demeure pas moins exacte : des rendements
financiers de l'ordre de 5 à 10% sont tout à fait réalistes avec le photovoltaïque."
Répétons toutefois inlassablement qu'il faut d'abord utiliser son argent à réduire sa
consommation, puis le consacrer ensuite au solaire thermique, avant même de songer au
photovoltaïque (voir Valériane n°95)…
Stocker l'électricité ou la renvoyer vers le réseau
Nos sociétés occidentales ont adopté cette étrange attitude qui consiste à utiliser un canon
pour tuer une mouche ! Sous la pression de leurs installateurs, beaucoup de particuliers
aimeraient ainsi installer un maximum de photovoltaïque afin de produire plus d'électricité
que celle qui couvre leurs besoins réels...
"On leur conseille alors, raconte Christian Steffens, d'utiliser cet excédent d’électricité pour
actionner des pompes à chaleur, par exemple… C'est une absurdité complète, tant sur le plan
économique qu'énergétique ! Les coefficients de rendement (COP) des pompes à chaleur
qu'on nous présente dans les médias sont souvent des coefficients optimisés qui ne
correspondent pas à l’usage réel « sur le terrain ». De plus, les pompes à chaleur sont des
appareils chers et complexes qui exigent un entretien adéquat et régulier. Faire de l'eau
chaude sanitaire avec du photovoltaïque et une pompe à chaleur est, par conséquent, une
véritable idiotie. Il faut toujours préférer le solaire thermique avec un petit appoint au gaz, au
mazout ou aux pellets. Précisons, d'autre part, qu'il existe deux manières d'utiliser l'électricité
produite par des panneaux solaires photovoltaïques :
- soit le bâtiment est relié au réseau électrique 230V : les panneaux produisent du courant
continu variable et alimentent un onduleur qui le transforme en alternatif 230V. Ce courant
alternatif est alors réinjecté sur le réseau de la maison et de la rue. C'est la méthode classique
où l’on peut voir le compteur tourner à l'envers ;
- soit la maison est en autonomie : elle n'est pas reliée au réseau électrique de la rue ; elle
produit et consomme donc sa propre électricité. Bien sûr, la production photovoltaïque est
variable puisque les panneaux fonctionnent à la lumière naturelle. Des batteries de stockage
sont donc indispensables afin de disposer d'électricité aux moments souhaités. L'installation
globale coûte ainsi grosso modo deux fois plus cher et doit être bien conçue ! Des batteries de
stockage, stationnaires, bien utilisées et bien installées, ont une durée de vie proche de dix
ans. Le fait de devoir immanquablement les remplacer un jour est cependant un gros
investissement qu'il faut absolument prévoir."
Autonomie et… gaspillage ?
La solution la plus courante - être relié au réseau - permet de se passer de batteries puisque le
réseau lui-même permet le stockage de l'énergie.
"Il faut cependant être bien conscient, insiste Christian Steffens, qu'il n'y a aucune autonomie,
dans ce cas, car l'onduleur s'arrête de fonctionner en cas de coupure du réseau électrique,
même s'il y a du soleil ! L'onduleur est synchronisé sur le réseau, il en est toujours dépendant
et il arrête sa production d'électricité dès que le réseau s'arrête. Pourquoi cela ? L'obligation
réglementaire est aisée à comprendre : si des ouvriers coupent le courant afin de travailler sur
le réseau électrique, dans la rue, il faut absolument éviter qu'ils soient électrocutés par
l'électricité provenant des onduleurs photovoltaïques du quartier ! Contrairement à ce que
certains peuvent penser, avoir des panneaux photovoltaïques et un onduleur chez soi ne met
donc pas à l'abri d'une coupure de courant ! On pourrait évidemment envisager d’ajouter des
batteries au système classique. Sachant que leur taille, et donc leur prix, est fonction de la
durée d'autonomie désirée, le surinvestissement pour se mettre simplement à l'abri d'une
coupure temporaire - quelques heures ! - serait encore relativement raisonnable… Pour un
système en autonomie complète, à la campagne par exemple, les panneaux chargent des
batteries qui alimentent des onduleurs autonomes. Les batteries doivent être calculées en
fonction des apports solaires dont on dispose et de la consommation estimée du bâtiment.
Dans ce genre de situation, un complément d'électricité d’origine éolienne ou éventuellement
hydraulique peut être très intéressant car ces trois sources d’énergie renouvelable sont très
complémentaires. En pratique, une installation en autonomie complète doit absolument être
conçue et calculée « sur mesure » par un spécialiste compétent."
Un autre fait, d'importance, doit être rappelé dans le cas d'une installation reliée au réseau :
des panneaux solaires photovoltaïques placés sur le toit ne rendent pas le kWh gratuit !
"Le raisonnement est assez subtil, insiste Christian. Lorsqu'il y a du soleil, soit vous
consommez sur place le kWh produit par les panneaux, soit vous le renvoyez sur le réseau.
Dans ce dernier cas, le compteur électrique tourne à l'envers, et un kWh - soit entre 20 et 25
eurocents, tout compris - sera déduit de votre facture annuelle. Par contre, si vous consommez
sur place le kWh produit, ce kWh n'est pas renvoyé sur le réseau et le compteur ne tourne pas
à l'envers. Vous avez donc raté l'occasion de réduire votre facture de 20 à 25 eurocents…
Vous devrez par conséquent les payer à la fin de l’année ! Tous les kWh photovoltaïques
produits par nos panneaux sont toujours susceptibles de diminuer d'autant notre facture
annuelle. Nous avons donc toujours le même avantage à ne pas les consommer !"
Par contre, lorsque l'installation solaire photovoltaïque est surdimensionnée et produit plus
que la consommation annuelle, elle renvoie sur le réseau des kWh qui ne seront pas rachetés
par un fournisseur. Si ces kWh "verts" sont toujours bien utiles pour la planète, ils seront
néanmoins financièrement peu intéressants pour celui qui les produit car, en Belgique, les
fournisseurs ne rachètent l'électricité qu'au pro rata de la consommation facturée. Du moins,
dans l’état actuel de la réglementation…
Un audit énergétique, avant toute aide au photovoltaïque ?
Une mise en garde s'impose : trop d'installateurs proposent de placer une capacité de
production photovoltaïque égale à la consommation annuelle figurant sur les dernières
factures. Or, nous l'avons dit et répété, il faut rechercher d'abord comment réduire cette
consommation car il existe des consommations inutiles chez presque tout utilisateur. Il ne faut
donc installer, en photovoltaïque, que le strict minimum correspondant à la consommation
optimalisée. Beaucoup d'installateurs cherchent, au contraire, à placer un maximum de
panneaux, quitte à faire gaspiller ensuite de l'électricité à leurs clients. Il faut préalablement
analyser soigneusement la consommation, afin de voir ce qu'il est possible de faire pour la
réduire, et installer ensuite la surface de panneaux correspondant à la consommation
indispensable. D'où notre suggestion : un audit énergétique ne devrait-il pas être imposé avant
l'octroi de toute aide en la matière ?
"Certainement, acquiesce Christian Steffens ! De la même manière qu'un audit énergétique est
indispensable pour bénéficier de primes à l'isolation de la maison, l'analyse de la
consommation électrique devrait être une condition sine qua non à l'obtention de toute prime
ou déduction fiscale pour l'installation de panneaux photovoltaïques. Faute de cela, nous
sommes partis vers la surinstallation chronique de photovoltaïque et vers le grand gaspillage
électrique. Ce cercle vicieux est très caractéristique de l'anxiété qui règne dans nos sociétés :
au lieu de bien comprendre leurs propres besoins et de raisonner dans le sens de la sobriété,
nos contemporains se réfugient dans des technologies de remplacement, bien au-delà de ce
qui est nécessaire. Le seul cas où un excès de photovoltaïque serait légitime est celui où, après
avoir réellement optimisé sa consommation, on choisirait de surproduire légèrement afin de
recharger, par exemple, les batteries de vélos électriques ou peut-être même d'une voiture
électrique, à condition bien sûr que celle-ci soit utilisée avec une grande circonspection…"
Retenons la leçon : le fait qu'une ressource soit renouvelable ne légitime en rien son
gaspillage ! Trop de gens pensent encore : "C'est renouvelable, qu'on l'utilise ou pas n'a donc
aucun impact !" Ils oublient un peu vite l'argent qu'ils ont dû débourser pour s'équiper. Le prix
d'une installation photovoltaïque est pratiquement proportionnel à la puissance installée. Une
installation deux fois plus grosse coûte à peu près deux fois plus cher. Petite précision
complémentaire : si, ultérieurement, une plus grande production photovoltaïque s’avérait
réellement nécessaire, il est toujours possible de rajouter une deuxième installation - panneaux
et onduleur - indépendante de la première. Cela n’entraîne aucun inconvénient technique ou
financier. En cas de panne éventuelle, deux petites installations indépendantes offrent plus de
protection : si l’une défaille, l’autre continue à produire.
Des pertes de rendements… insignifiantes !
Un éventuel ombrage des panneaux, ou des pertes par échauffement, peuvent-ils avoir une
incidence ? Si une cheminée ou un arbre projettent leur ombre sur un panneau thermique, la
perte de rendement sera proportionnelle à la surface ombrée. Rien de plus. Le plus souvent, ce
problème ne se pose que lorsque le soleil est bas, c'est-à-dire quand le rendement est déjà dans
le creux. Mais qu'en est-il du photovoltaïque ?
"Le cas du photovoltaïque est très différent, explique Christian Steffens, car un panneau
photovoltaïque se compose de cellules élémentaires reliées en série. Les panneaux eux-mêmes
sont également reliés en série. On appelle cela un string de panneaux qui est, en fait, un string
de cellules. Dès qu'une cellule se trouve dans l'ombre, le courant qui y passe - et qui passe par
conséquent dans l'ensemble du système - est aussitôt limité. Le courant transitant dans
l’ensemble du système se trouverait ainsi limité à cause de la mise à l'ombre d'une seule petite
cellule... ou même d'une seule déjection d'oiseau ? Ce n'est évidemment pas le cas, en
pratique, car les cellules sont regroupées par blocs, et chaque bloc est ponté (shunté) par une
diode de by-pass. Si une cellule se retrouve soudain à l'ombre, seul le bloc auquel elle
appartient sera affecté, le courant passant librement par la diode de by-pass. Le nombre de
diodes dans chaque panneau est toutefois plus ou moins important suivant les fabricants. Elles
sont évidemment moins nombreuses dans les panneaux « bon marché » que dans les panneaux
de qualité. Le nombre de diodes de by-pass par panneau est indiqué dans les feuilles de
caractéristiques techniques des panneaux (data sheets)."
Que signifie le « rendement énergétique » d'un panneau ? Cette notion a-t-elle une
grande importance ?
"Le rendement énergétique d'un panneau photovoltaïque, explique Christian Steffens, est le
rapport entre l'énergie électrique reçue et l'énergie solaire incidente, autrement dit l'énergie
utile fournie divisée par l'énergie brute reçue. Cette notion est très importante pour les
énergies non renouvelables : il est, en effet, primordial de savoir combien de litres de mazout
ma chaudière va consommer pour produire la chaleur que je souhaite. Je dois rechercher le
rendement le plus élevé car le mazout coûte cher, pollue et devient rare… Concernant le
renouvelable, par contre, la notion est d'un intérêt beaucoup plus relatif car l'énergie du soleil
est là, de toute façon, que je l'utilise ou pas. Donc si les cellules solaires ont des rendements
énergétiques qui ne dépassent pas les 10 ou 20%, qu'est-ce que cela peut bien me faire ? Il est
beaucoup plus important, par contre, de connaître le coût exact de l'installation solaire, la
place que les panneaux prennent sur le toit et la quantité d'électricité que tout cela va
ramener… On précisera donc, mais c'est plutôt anecdotique, que les panneaux solaires
photovoltaïques au silicium monocristallin ont des rendements énergétiques de l'ordre de
20%, que ceux au silicium polycristallin sont aux alentours de 16%, et qu'avec le silicium
amorphe, on tombe à 10% environ. Mais les prix étant dans les mêmes ordres de grandeurs,
vanter publicitairement le rendement énergétique de tel ou tel panneau n'a finalement pas
beaucoup de sens… Le seul vrai problème est bien d'estimer le nombre de panneaux qu'il
faudra installer sur le toit pour fournir le nombre de kWh nécessaire, et ce que cela va coûter.
Le renouvelable est donc surtout une question de rendement à l'investissement plutôt qu'une
question de rendement énergétique proprement dit. C'est aussi une question de place occupée
et, éventuellement, de nuisances et d'entretien…"
Intégrer les panneaux solaires dans la toiture
Autre question : pourquoi placer les panneaux solaires - thermiques et photovoltaïques - audessus des tuiles ou des ardoises, alors qu’ils peuvent aussi assurer, avec des solins ad hoc,
une protection efficace contre les précipitations ?
"Je n'ai jamais trouvé cela très esthétique, avoue Christian Steffens, mais ce n'est là qu'une
question de goût… Par contre, placer les panneaux de façon à les intégrer dans la toiture - à la
place des tuiles, à la manière d'une simple fenêtre de toiture - présente différents avantages :
moindre prise au vent en cas de tempête, économie de l'achat et du placement de tuiles ou
d'ardoises qui feraient double emploi, en construction comme en rénovation. Une couverture
de tuiles ou d'ardoises coûte entre cinquante et cent euros du mètre carré… Pourquoi ne pas
en faire l'économie, afin de commencer le financement de la même surface en panneaux
solaires ? Mais comment faire ? C'est simple : le panneau thermique vient se déposer contre la
sous-toiture, éventuellement sur des contre-lattes de cinq ou dix millimètres, ce qui élimine
quasiment toutes les pertes de chaleur par l'arrière du panneau. On améliore ainsi nettement
son rendement. Le panneau photovoltaïque, par contre, qui absorbe une part de l'énergie
solaire, impose une ventilation par l'arrière afin d'éviter une surchauffe. C'est important car,
quand le silicium monte en température, sa production d'électricité diminue. Des ragots
persistants affirment qu'on perdrait ainsi toute la production ! C'est évidemment faux : le
silicium ne perd que 0,3 % de puissance par degré d'élévation de température. Si le panneau
prend 20°C, la perte électrique sera donc limitée à 6%. Est-ce vraiment grave ? Une façon très
simple de régler ce problème est d'éviter de coller le panneau contre la sous-toiture. On place
donc des contre-lattes de quatre ou cinq centimètres d’épaisseur entre la sous-toiture et le
panneau, et on prévoit une entrée d’air basse et une sortie d'air haute permettant une
ventilation arrière du panneau, comme dans un montage « par-dessus les tuiles ». Enfin,
comme le panneau photovoltaïque est plus mince que le panneau thermique, cette solution
permet de les aligner tous dans le même plan. C'est plus esthétique, à mon avis."
On déduira de cette explication que placer des tuiles ou des ardoises sur des toits orientés vers
le sud est un gaspillage pur et simple...
"Pourquoi n'en viendrait-on pas, poursuit Christian Steffens, à imposer que tous les nouveaux
toits orientés au sud soient intégralement couverts de panneaux solaires thermiques et
photovoltaïques ? Il serait bon de veiller, dans ce cas, à ce que toute la production
photovoltaïque excédentaire de chaque maison soit rachetée à un juste prix… Autre idée :
pourquoi ne pas réduire tout simplement la TVA sur les matériaux isolants et sur les panneaux
solaires, plutôt que d'imaginer des systèmes de primes ou de déductibilité fiscale si complexes
que personne ne s'y retrouve ? C'est une mesure qui tiendrait mieux compte, me semble-t-il,
de l'intérêt général…"
Différents types de panneaux solaires photovoltaïques
"Il existe différents types de panneaux solaires photovoltaïques, précise Christian Steffens :
- les panneaux plans, souvent au silicium mono- ou poly-cristallin, sont le modèle le plus
courant. Ils sont idéalement orientés sud, avec une pente de 15° à 60°, mais ils peuvent aussi
être orientés sud-est ou sud-ouest, voire même plein est ou plein ouest, avec une pente de 0 à
40°. Dans ces deux derniers cas, la perte de rendement annuel est limitée à 20% environ ;
- les capteurs tubulaires, souvent au silicium amorphe, sont fixés horizontalement sur un cadre
muni de pieds. Cette solution est bien adaptée aux toits plats et leur orientation importe peu,
les tubes étant ronds. La couverture du toit doit être blanche afin de réfléchir la lumière vers le
dessous des tubes. Ce système produit moins d’électricité que des panneaux plans, mais il est
moins cher et plus simple. Il suffit de déposer les cadres sur le toit, sans fixation spéciale, la
prise au vent étant très faible ;
- des applications spéciales sont également réalisables car les cellules de silicium
traditionnelles peuvent être collées sous n'importe quel verre, comme des vitrages de
vérandas, ou des façades verticales en verre pour immeubles de bureaux. A la demande des
architectes, certaines sociétés intègrent les cellules sur les verres, de façon à faire de petits
ombrages permettant d'éviter un ensoleillement trop brutal. Ce type de pare-soleil
photovoltaïque se voit déjà couramment en Allemagne ;
- des trackers, ou "suiveurs", accompagnent le soleil dans sa course. Les panneaux plans sont
montés sur le cadre mobile du suiveur. Un même panneau solaire installé sur un suiveur à
deux axes - vertical et horizontal - permet d'obtenir une production annuelle supplémentaire
de l'ordre de 20 à 25%. Je pense personnellement que cette complication n'en vaut guère la
peine : le système est lourd et cher, il prend beaucoup de place, est peu esthétique, a une forte
prise au vent, et est toujours susceptible de tomber en panne…"
Est-il intéressant d'associer le photovoltaïque avec d'autres sources de renouvelable, une
éolienne, par exemple ?
"Pour avoir un bon rendement, dit Christian Steffens, il faudrait qu'elle soit placée au moins
dix mètres au-dessus de la cime des arbres et du faîte des bâtiments environnants. Pour un
particulier, une petite éolienne au sommet d'un très haut mât sera donc préférable à une grosse
éolienne placée plus bas. Mais la hauteur du mât suscitera immanquablement des questions
d'ordre réglementaire ; il est bon de se renseigner auprès du service « urbanisme » de sa
commune ! Une telle installation, d'un point de vue pratique, sera d'autant plus problématique
que l'habitat sera dense. D'autre part, plus une éolienne est grosse, plus elle est
énergétiquement et financièrement rentable. Donc, même la petite éolienne sur un grand mât
sera proportionnellement moins rentable que ses grandes sœurs « industrielles »… Je suis
favorable à l'éolien, d’une manière générale, et même à l'éolien domestique, mais celui-ci
exige une approche prudente et des calculs rigoureux ! Du point de vue du simple particulier,
le photovoltaïque présente l'avantage de n'utiliser aucune pièce mobile, et de n'exiger aucun
entretien. Sauf peut-être un petit coup d'éponge de temps en temps si les panneaux ont une
très faible pente…"
Quelle production peut-on espérer d’une installation photovoltaïque ?
"En Belgique, explique Christian Steffens, chaque mètre carré de panneau photovoltaïque au
silicium mono- ou poly-cristallin, exposé perpendiculairement aux rayons du soleil d’été à
midi, délivre un maximum de 100 à 180 Wc (Watt crête). On peut également considérer que,
chaque année, en moyenne, un système photovoltaïque correctement installé produit
l'équivalent de sa puissance maximale (crête) pendant environ neuf cents heures. Donc, si la
puissance crête de votre installation est de 1 kW, sa production annuelle avoisinera les 900
kWh. Ceci donne un ordre de grandeur intéressant pour estimer la surface de panneaux qu'il
sera nécessaire de placer. L’onduleur doit pouvoir supporter et traiter la puissance crête totale
des panneaux, majorée de 5 à 10%, à titre de réserve. Si vous disposez de suffisamment de
surface de toiture, vous pouvez installer plus de panneaux bon marché à faible rendement.
Mais le coût global sera pratiquement équivalent si vous préférez moins de panneaux, mais
plus chers, à haut rendement… Le haut de gamme est peut-être préférable pour la fiabilité à
long terme. Rappelons aussi que, dans le cas d’une installation de relativement forte
puissance, il vaut mieux la scinder en plusieurs petites installations complètement
indépendantes. Par exemple, si les besoins réels sont de 9 kW, il vaut mieux placer trois
installations indépendantes de 3 kW… Cela ne coûte quasiment pas plus cher mais offre plus
de souplesse et de sécurité de fonctionnement. Enfin, d'une manière générale, je recommande
toujours de concevoir l’installation avec simplicité et bon sens car, lorsqu’on veut atteindre
les derniers pourcents de gain, les prix et la complexité s'envolent… Et, par conséquent, les
ennuis et les soucis aussi…"
Résumons donc l'approche à respecter si l'on souhaite installer du photovoltaïque chez
soi :
1. réduire au maximum la consommation de chauffage et d'électricité de la maison ;
2. donner la priorité aux panneaux solaires thermiques pour la production d'eau chaude
sanitaire. On compte grosso modo deux mètres carrés de panneaux et cent litres d'eau de
stockage par personne ;
3. en fonction de la toiture qui reste disponible, et en évitant les ombrages trop importants, on
détermine la surface de photovoltaïque qu'on peut alors installer ;
4. enfin, et si les conditions le permettent, pourquoi ne pas envisager une petite éolienne ou un
peu de production hydroélectrique ?