Filière Photovoltaïque
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Filière Photovoltaïque
Septembre 2010 Filière Photovoltaïque ENJEUX & PERSPECTIVES Agence d’Etudes et de Promotion de l’Isère www.grenoble-isere.com 2 Sommaire 1 2 3 4 5 Introduction : le marché mondial du photovoltaïque ....................................... 4 1.1 1.2 1.3 Les différentes générations technologiques ..................................................... 8 2.1 2.2 2.3 2.4 7 La filière silicium ............................................................................................................9 Les technologies « couches minces »............................................................................9 Solutions organiques, la prochaine génération … ...................................................... 10 Les cellules photovoltaïques à concentration ............................................................ 10 Les différents segments de marché ................................................................12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 La chaîne de valeur ..................................................................................................... 12 La production de silicium ............................................................................................ 12 La production de cellules et modules photovoltaïques .............................................. 13 Equipements et fourniture de matériaux ................................................................... 13 Composants « BOS » .................................................................................................. 13 Ensembliers ................................................................................................................ 14 Installation des panneaux photovoltaïques ............................................................... 14 L’empreinte écologique du photovoltaïque.....................................................15 4.1 4.2 Temps de retour et coefficient de performance ......................................................... 15 Le recyclage des panneaux ......................................................................................... 16 Le marché français ..........................................................................................17 5.1 5.2 5.3 5.4 6 La production d’électricité photovoltaïque ....................................................................4 La production de cellules photovoltaïques ....................................................................5 Vers une consolidation du marché ................................................................................7 Un marché en plein boom ........................................................................................... 17 Soutien des politiques publiques ................................................................................ 19 L’intégration au bâti ................................................................................................... 19 D’importantes opportunités de développement économique .................................... 20 Le photovoltaïque en Isère et en Rhône-Alpes ...............................................22 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 Rhône-Alpes : une région à potentiel solaire, l’Isère dans le peloton de tête .............. 22 Les aides régionales et départementales ................................................................... 23 Acteurs et fabricants rhônalpins ................................................................................ 24 Le marché des installateurs et des « sous-traitants aval »........................................ 25 La recherche ............................................................................................................... 25 Les projets collaboratifs ............................................................................................. 26 La formation ............................................................................................................... 27 L'environnement et les projets fédérateurs ............................................................... 28 Benchmarking européen .................................................................................29 Annexe 1 : Des projets en Isère (source Ageden) .................................................31 Annexe 2 - Projets collaboratifs qui concernent l’Isère ........................................32 3 1 Introduction : le marché mondial du photovoltaïque 1.1 La production d’électricité photovoltaïque Le marché mondial du photovoltaïque a continué sa progression en 2009 avec près de 23 GW1 (7 GW en 2006 et 1,4 GW en 2001), soit une production d’électricité multipliée par 16 en 10 ans. Même si elle demeure encore marginale l’énergie solaire progresse rapidement avec des projections de l’ordre de 2% de la production mondiale d’électricité en 2020. Quatre pays dominent le marché mondial du photovoltaïque, avec 78% de la production d’électricité. L’Allemagne, qui tire depuis plus de dix ans la croissance mondiale, reste le premier marché avec 3,8 GW de nouvelles installations et une puissance totale installée de près de 10 GW. L’Espagne en deuxième position grâce à une croissance exponentielle entre 2007 et 2008 (5 fois plus). Hors union européenne, les marchés japonais et américains se situent en troisième et quatrième position. Puissance installée à fin 2008 (en GW) Puissance installée à fin 2009 (en GW) Puissance installée sur l’année 2009 Monde 15 23 7,2 Europe (global) 10,34 16 5,6 Allemagne 5,35 10 3,8 Espagne 3,31 3,38 0,069 Japon 2,149 2,633 0,484 Chine 0,145 0,305 0,160 Etats-Unis 1,173 1,650 0,477 Italie 0,456 1,186 0,730 France 0,175 0,425 0,250 Le marché européen est de loin le plus important en terme de puissance installée : 16 GW cumulés soit 70 % de la puissance installée mondiale, dont près de 5,6 GWc installés durant l’année 2009, soit une croissance annuelle de 53 %. La France occupe désormais le septième rang mondial, soit un bond de cinq places derrière l'Italie et devant la Chine avec une puissance installée de 425 MW. La puissance photovoltaïque cumulée installée dans le monde pourrait atteindre 32 à 37 GW d'ici fin 2010, dont 24 à 26 GW en Europe selon le centre commun de recherche (Joint Research Center) de l'Union européenne dans son 9ème rapport annuel sur l'état du photovoltaïque dans le monde. 1 Source Epia 4 Avec 7,2 GW installés en 2009, les prévisions projections à l'horizon 2014 sont revues une fois de plus à la hausse : elles devraient passer à 13,8 GW, selon les prévisions modérées de l'EPIA, mais pourraient atteindre 30 GW si les stratégies d'incitation aux installations photovoltaïques restent en place. Prévisions d’installation par an et par zone géographique, d'ici 2014 - EPIA 1.2 La production de cellules photovoltaïques L’industrie photovoltaïque est entrée dans l’ère de la production de masse. Entre 1998 et 2009, elle est passée d’une production de 0,155 GWc à 12 GWc. L’année 2010 devrait être celle de tous les records. Les capacités mondiales de production de cellules photovoltaïques devraient atteindre 18 GW2 en 2010 et la production mondiale devrait progresser de 58% pour atteindre 8,9 GW. Source Eurobserv’Er avril 2010 Dans le même temps, la demande ayant fortement diminué en raison de la crise financière, la production excède largement la demande, entraînant une importante baisse des prix3 et la disparition des entreprises les plus fragiles. Le chiffre d'affaires du secteur devrait chuter de 19% à 12,9 milliards de dollars pour l’année 2009 contre 15,9 milliards en 2008 et l’équilibre ne devrait revenir qu’à partir de 2011. La hiérarchie mondiale des pays producteurs ne cesse d’évoluer. Le classement des 4 premiers pays producteurs s’établit ainsi : la Chine, l'Allemagne, le Japon et les USA. Si l’Allemagne tente de résister (15% du marché), la Chine (38%) et Taïwan (12,2%) deviennent l’atelier du monde pour la production de panneaux et de cellules photovoltaïques. La Chine, leader depuis 2008-2009 affiche une progression spectaculaire : de 1% en 2003, le pays est passé à près de 32,7% de parts de marché en 2008 et à 38% en 2009. Elle compte plus de 400 entreprises sur le marché du photovoltaïque et exporte 98% de ses panneaux solaires. La part de l’Allemagne diminue face à la Chine : 19% en 2005 ; 18,5 % en 2008 et 15% en 2009. Globalement, l’Europe perd quelques points et représente en 2009 20% de la production mondiale de cellules photovoltaïques. Le Japon décroît fortement, passant de 45% en 2005 à 12,5% en 2009. Les Etats-Unis stagnent avec près de 5% de parts de marché. 2 3 Source Photon International Le prix moyen des panneaux installés devrait décroître de 4,20 dollars par watt à 2,50 dollars par watt 5 Source Eurobserv’Er Contrairement à l’époque où le marché industriel du photovoltaïque était concentré autour d’une quinzaine d’acteurs, aujourd’hui, 35 acteurs se partagent 63% de la production mondiale. First Solar est le nouveau leader de la production de cellules PV, avec une croissance de plus de 100% en 2009 et 9,6 % de parts de marché. Il est intéressant de noter qu’il est le seul producteur de cellules couches minces parmi les premiers fabricants mondiaux, le second producteur de couches minces (Sunpower) est placé en neuvième position. Suntech Power prend la deuxième place avec une production de 704 MWc sur ses 5 sites avec une capacité de production de 1100 MWc. L’allemand Q Cells, n’a su conserver son leadership, acquis au détriment de Sharp en 2007. Enfin, on notera le recul de deux ex leaders européens : BP Solar, placé aujourd’hui à la 28ème position et Photowatt qui passe à la 29ème (14ème en 2008). 6 1.3 Vers une consolidation du marché L’industrie du photovoltaïque est passée d’un mode de production semi-artisanal à une production automatisée et robotisée, intégrant le même type de moyens et d’équipements que ceux que l’on retrouve dans la microélectronique (même si les investissements liés à une unité de production PV n’ont rien de commun avec ceux de l’industrie des semi-conducteurs). La recherche d’une taille optimale est également un enjeu qui nécessite des appuis financiers lourds. Dans la fabrication de cellules et modules PV, les économies d’échelle sont essentielles vu l’importance des coûts fixes, ce qui justifie l’intégration verticale complète de certains acteurs. Au-delà d’une recherche de réduction des coûts, cette intégration ou quasi-intégration leur permet également une meilleure gestion des risques et incertitudes liés au marché du photovoltaïque. Pour abaisser le coût de l’énergie photovoltaïque produite (facteur clé pour le développement du marché) 3 pistes sont actuellement explorées : Economies d’échelle liées à une production de masse. Amélioration du rendement des cellules. Ruptures technologiques. L’année 2009 s’est caractérisée par une surcapacité d’approvisionnement en modules, avec l’afflux massif d’acteurs opportunistes sur l’aval de la filière exploitant le déséquilibre entre les tarifs aidés et la brutale baisse des coûts des systèmes. Cependant, avec des taux de croissance de l’ordre de 50% par an, le problème majeur auquel sont confrontées ces entreprises est l’insuffisance de profits pour autofinancer leur croissance ; en effet, pour rester dans la course, il faut doubler les capacités de production tous les deux ans. La crise financière a eu également des conséquences sur les capacités de financement et a incité les investisseurs à devenir plus sélectifs. Ce processus verra sortir du marché les acteurs les moins compétitifs en termes de coût et de performance. Selon l’analyste Dave Cavanaugh, la combinaison de la surcapacité et de la compétition entre fabricants va conduire à la baisse des prix et donc à l’accélération de la parité avec l’électricité conventionnelle de réseau dès 2013 dans de nombreux pays. 7 2 Les différentes générations technologiques La première génération, celle de la filière historique autour du silicium cristallin existe depuis plusieurs dizaines d’années. Elle est de loin la plus mature et offre le meilleur rendement pour un coût modéré. La deuxième génération regroupe les technologies dites «couches minces». Le principe est la déposition d’une fine couche de silicium amorphe ou d’autres semi-conducteurs sur un substrat, en verre par exemple. Ces filières sont à l’heure actuelle en début d’industrialisation. Leur rendement est encore inférieur à celui des cellules cristallines mais tend à s’améliorer pour un coût inférieur. La dernière génération en est encore au stade de la recherche ; elle explore la voie des nanomatériaux et des solutions organiques en visant de hauts rendements et des coûts de production de plus en plus bas. Source : GTM Research 2009 Capacités de production silicium polycristallin / couches minces – Source EPIA Technologie Rendement Durée de vie Silicium cristallin 18 à 20 % (industriel) 35 ans Couche mince Silicium amorphe 10 % (Industriel) < 10 ans (en extérieur) Couche mince CIGS 12 % (industriel) 5 ans Couche mince CdTe 11 % (industriel) Non évaluée Filière organique 7 % (laboratoire) faible actuellement 8 2.1 La filière silicium Deux types de silicium sont utilisés : le silicium monocristallin qui offre un meilleur taux de conversion, et le silicium polycristallin (ou multi-cristallin), moins cher à produire. Le silicium monocristallin représente 90% du marché du silicium, mais compte tenu de son coût plus faible, le silicium polycristallin est le plus utilisé. (47% contre 35 % pour le monocristallin)4. La répartition des ventes par technologie montre que le silicium cristallin domine encore largement avec 80% de parts de marché même si ce pourcentage baisse de manière significative chaque année. A court terme, la majorité des nouveaux entrants (essentiellement chinois) investissent dans la filière traditionnelle afin de répondre à la forte demande actuelle, avec des technologies éprouvées et des risques limités. Néanmoins, ils sont de plus en plus nombreux à se positionner sur les 3 technologies du PV afin de préparer l’avenir. Pour rester dans la course il est important qu’industriels, chercheurs et pouvoirs publics français s’orientent vers des solutions plus innovantes permettant de préparer les futures générations de systèmes PV. L’enjeu majeur pour la filière silicium est la diminution du coût des modules. Pour atteindre cet objectif, plusieurs voies complémentaires sont explorées : • L’optimisation des process de fabrication. • L’amélioration du rendement des cellules, qui passera principalement par un silicium de meilleure qualité et des améliorations techniques du type connexion arrière. • L’utilisation de silicium métallurgique qui permettrait de mettre sur le marché un silicium de qualité photovoltaïque à moindre coût (le projet Photosil s’inscrit dans cet objectif). • La réduction du coût des plaques en diminuant l’épaisseur et en facilitant l’accès à du silicium meilleur marché. L’objectif en termes d’épaisseur se situe autour de 150 µm permettant une consommation de silicium plus faible. La technologie « ruban » offre l’avantage d’utiliser moins de matière première et d’être moins gourmande en énergie pour la production de cellules et modules. 2.2 Les technologies « couches minces » La production de cellules à partir de silicium est coûteuse car elle nécessite une excellente qualité de matériau et des quantités importantes (on en utilise 0,5 mm pour une cellule de 0,25 mm, le sciage en faisant perdre la moitié). Or, il suffit de 1 à 5 µm d’un semi-conducteur « normal » (à gap direct) pour absorber le rayonnement solaire. Pour éviter les pertes de matière, la filière « couches minces » propose de déposer uniquement l’épaisseur utile du matériau sur un substrat bon marché. Les couches minces présentent de nombreux avantages : une grande flexibilité de taille et de forme, la possibilité de les rendre semi-transparentes, de les intégrer sur toutes sortes de substrats (notamment des supports souples), et, d’une manière générale des coûts de production plus faibles. En termes d’applications, les cellules couches minces offrent de nombreux modes d’intégration au bâtiment, tant sur le plan technique qu’esthétique. Trois approches sont actuellement étudiées : le silicium amorphe (A-Si), la filière du CdTe (Tellurure de Cadmiun), et celle du CIS/CIGS (Cuivre Indium Gallium di-Selenide / Cuivre Indium Gallium diSelenide). Le silicium amorphe peut être déposé sur du verre ou des substrats souples. On peut en faire des rouleaux pour les toitures et le produire à des coûts compétitifs, mais les rendements obtenus ne dépassent pas 68%. Les couches minces sans silicium permettent de fabriquer des cellules à partir de cuivre, d’indium et de sélénium (filière CIS) ou de tellurure de cadmium (filière CdTe). En laboratoire, le CIS atteint 20 % de rendement et 11% dans le commerce. Le CdTe arrive à 16,5 % (rendement record) et 10 % dans le commerce. Avec ce rendement respectable, un coût de production réduit et une stabilité dans le temps comparable à celle du silicium, l’option CIS semble prometteuse, mais il manque encore le recul nécessaire pour offrir une garantie équivalente à celle du silicium. Le CdTe déposé par électrochimie, évaporation ou sérigraphie présente de sérieux atouts, notamment en termes de coûts de production et d’adaptation à tous types de substrats. 4 Source lettre du solaire avril 2010 9 Les technologies couches minces connaissent une progression spectaculaire (20% de parts de marché en 2009 contre 10% en 20075). La capacité de production de panneaux photovoltaïques couches minces dépasserait 10 GW d'ici fin 2012, estime GTM Research dans une récente étude consacrée aux différentes technologies dans ce secteur. Le développement rapide de la filière couches minces favorise l’arrivée de nouveaux entrants sur le marché. Tiré jusqu'ici par la croissance de First Solar, un certain nombre de fabricants de solutions en silicium amorphe émergent actuellement sur des technologies CdTe et CIGS … Selon Nanomarkets, le marché des couches minces passera de 2,4 milliards de dollars en 2008 à plus de 12 milliards en 2013. Pour l’instant, étant donné leur rendement moins élevé, elles ne représentent pas une réelle solution alternative à la technologie silicium « classique » ; néanmoins si les importants investissements engagés ces derniers temps portent leurs fruits et permettent de produire des cellules de rendement équivalent, mieux adaptées aux contraintes du bâtiment, et à moindre coût, la filière silicium sera sérieusement concurrencée. Le procédé de fabrication des modules photovoltaïques couches minces nécessite en moyenne 13 opérations différentes contre 45 pour le silicium cristallin, il est donc plus rapide et moins coûteux. Une usine de production de cellules couches minces d’une capacité de 400 MW par an pourrait, à terme, coûter 10 fois moins en investissements qu’une usine comparable de cellules de silicium. 2.3 Solutions organiques, la prochaine génération … Le but est de développer une nouvelle génération de cellules beaucoup plus légères et performantes en utilisant des polymères et des matériaux organiques. Le principe est de remplacer les composés minéraux constituant la cellule photovoltaïque par des polymères ou des molécules organiques. L’objectif est aujourd’hui d’accroître les rendements en améliorant l’efficacité de l’absorption de la lumière et en jouant sur l’architecture des cellules. Les cellules organiques du futur seront transparentes, flexibles et particulièrement minces. Installées sur les toits, les façades ou même les fenêtres, elles produiront le courant nécessaire à la consommation électrique des bâtiments. Adaptées aux téléphones portables et aux objets nomades, elles en fourniront l'alimentation électrique. 2.4 Les cellules photovoltaïques à concentration Le solaire à concentration (CPV) (dit solaire thermodynamique) est une des technologies les plus avancées du solaire thermique et se montre prometteuse sur le marché de l’énergie, tout au moins en termes de capacité de croissance. Il connaît actuellement un véritable explosion, selon iSuppli qui prédit une puissance installée de 10,8 GW d'ici 2014, contre seulement 0,290 GW en 2009. Cette technologie consiste à concentrer le rayonnement solaire à l’aide de miroirs sur un point focal afin d’obtenir des températures très élevées (de 400 °c à 1000 °c) qui permettent la production de vapeur d’eau et donc d’électricité. Quatre grandes familles existent dans ce domaine, dont deux sont beaucoup plus développées : • Les centrales cylindro-paraboliques, où la concentration du rayonnement se fait sur un seul foyer, un tube à fluide caloporteur, pour obtenir une haute température, dominent clairement le marché. • Les centrales à tour, équipées d’une multitude de miroirs orientables. Sa capacité de stockage est un atout important par rapport au photovoltaïque (possibilité de produire le matin, par exemple, et de stocker l’énergie thermique pour produire de l’électricité l’après-midi aux heures de pointe.) Cette technologie est également très prometteuse pour des centrales de grande puissance qui peuvent bénéficier d’économies d’échelle importantes. Grâce à cette technologie de concentration, les matériaux semi-conducteurs peuvent être remplacés par des systèmes à lentilles meilleur marché, et le rendement est ainsi amélioré. Enfin, il est possible de coupler les centrales à concentration avec des centrales à gaz ou à des usines de désalinisation pour valoriser au mieux la chaleur produite et accroître le rendement des installations. Le coût de production se situe entre 15 et 30 centimes le Kwh. Cependant, ce type de système nécessite un très fort ensoleillement et une faible humidité mais doit disposer d’eau pour les besoins du refroidissement. Cette technologie est particulièrement adaptée au sud5 Source : JRC, PV news 10 ouest américain, au Moyen-Orient, au pourtour méditerranéen, aux déserts d’Australie ou du Chili. Les EtatsUnis et l’Espagne sont actuellement les deux marchés les plus importants car ils bénéficient d’un contexte réglementaire très favorable. La filière devrait connaître une très forte croissance en Afrique du Nord, en Australie et en Chine. Les Espagnols et les Allemands ont investi beaucoup plus sur cette technologie et ont aujourd’hui des entreprises en pointe, comme Abengoa, Acciona ou Iberdrola pour les premiers ou Solar Millennium et Schott pour les seconds. Pour l’Allemagne, c’est un marché d’export. D’autres pays misent sur cette technologie, comme l’Inde ou l’Italie. La France est aujourd’hui en retrait sur ce marché malgré la présence d’industriels présents sur différents composants, comme Saint-Gobain pour les miroirs ou Alstom pour les turbines, ainsi que des projets pilote en cours de développement. Il n’y a pas de blocage majeur pour le développement de cette technologie mais il existe quelques freins dont l’absence de tarif d’achat spécifique. En principe, c’est le tarif pour le non intégré au bâti qui s’applique, mais il est aujourd’hui plafonné à 1 500 heures par an pour bénéficier de l’obligation d’achat. En Isère, la société Soitec, spécialiste des matériaux innovants pour l’industrie microélectronique, a racheté fin 2009 une société allemande Concentrix Solar, l’un des premiers fournisseurs mondiaux de cellules photovoltaïques à concentration dans le but d’améliorer les performances des cellules photovoltaïques et de compléter l'expertise développée par Concentrix dans les systèmes CPV à haut rendement pour centrales électriques solaires. 11 3 Les différents segments de marché 3.1 La chaîne de valeur Les systèmes PV sont composés de cellules (transformation de l’énergie lumineuse en énergie électrique), de modules (ensemble de cellules couplées) et de l’ensemble des autres éléments permettant l’intégration du système. Pour les sites isolés du réseau électrique, un système de stockage (généralement électrochimique) y est adjoint. Dans le cas des systèmes raccordés au réseau, qui représentent aujourd'hui l'essentiel du marché mondial, le courant continu issu des modules est transformé en courant alternatif via un onduleur. En ce qui concerne la filière « historique » autour du silicium, on peut diviser la chaîne de valeur en trois grands segments indépendants les uns des autres : • la production de matière première silicium, • la production de cellules et modules photovoltaïques, • l’ensemble des composants du dispositif communément appelé « Balance Of System » (BOS) permettant de stocker l’énergie produite et de la relier au réseau (onduleurs, batteries, contrôleurs de charge, etc.). Source Epia Les équipements autres que les modules photovoltaïques représentent entre 20 % (lorsque le système est connecté au réseau) et 70 % (lorsque le système ne l’est pas) du coût global de l’installation. La production de ces équipements est devenue un segment important au sein du marché du photovoltaïque. 3.2 La production de silicium Afin de comprendre l’évolution de la filière, il est important de s’intéresser à la matière première nécessaire. Malgré le développement de technologies alternatives le silicium reste aujourd’hui le matériau le plus utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques. On l'obtient par réduction à partir de silice, composé le plus abondant dans la croute terrestre, présent notamment dans le sable ou le quartz. La première étape est la production de silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement, obtenu à partir de morceaux de quartz. Le silicium de qualité photovoltaïque doit être purifié jusqu'à plus de 99,999%, en le transformant en un composé chimique qui sera distillé puis retransformé en silicium. On tire ensuite des lingots de silicium qui seront sciés en tranches (wafers) pour fabriquer des cellules photovoltaïques. 12 3.3 La production de cellules et modules photovoltaïques La cellule est l'élément de base des panneaux solaires. Il s'agit d'une plaque de silicium (ou d’un autre semiconducteur) recouverte d'une couche de verre et d'un film anti-réfléchissant. Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un "trou". Le principe de la cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau : il apparaît ainsi une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces, comme une pile. Le silicium est traité (dopé) de manière à jouer le rôle de clapet anti-retour (diode) d'électricité et ainsi à diriger tous les électrons dans le même sens. Si on ferme le circuit électrique, le courant peut circuler. La tension est peu variable alors que le courant est quasi proportionnel à la lumière reçue ; les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent ainsi un courant électrique continu. La tension de sortie d'une cellule est faible (0,6 V), c'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque. Le taux de rendement d'une cellule photovoltaïque est défini comme le rapport entre la puissance électrique disponible et la puissance du rayonnement capté. Si tous les photons étaient absorbés et donnaient des électrons libres, le rendement serait alors de 100 %. Dans la réalité, d'une part, tous les photons ne sont pas absorbés (certains sont réfléchis d'autres diffusés), d'autre part, l'absorption n'engendre pas forcément un électron libre dans la cellule ; en pratique le rendement d’une cellule photovoltaïque est donc loin d’atteindre 100%. 3.4 Equipements et fourniture de matériaux Les deux filières du silicium cristallin et des couches minces requièrent chacune de nombreux équipements spécifiques pour leurs chaînes de production : équipements pour réaliser des dépôts sous vide, fours de fusion et cristallisation, pompes à vide, machines de sérigraphie, etc. En parallèle des équipementiers on trouve les fournisseurs de matériaux nécessaires à la fabrication : lingots et plaquettes, gaz spéciaux, liquide de polissage, verres spéciaux, films de face arrière, miroirs haute performance ... 3.5 Composants « BOS » Au delà des modules, le coût et la performance globale d’une installation photovoltaïque dépend des autres composants (batteries, onduleurs, contrôleurs de charge, etc.) et de leur bonne intégration. L’électricité produite n’étant pas utilisée immédiatement, elle être stockée, d’où l’importance croissante des systèmes de conversion courant continu/courant alternatif et de stockage d’énergie. La problématique du stockage de l’électricité produite apparaît comme l’un des enjeux majeurs pour l’avenir et comme l’une des clés du développement du marché. Avec le développement rapide des systèmes connectés au réseau, les onduleurs PV, élément clé du système, connaissent également des taux de croissance spectaculaires. Pour iSuppli, le marché mondial des onduleurs solaires s’élèverait en 2010 à 5,3 milliards de dollars et atteindrait 8,9 milliards de dollars en 2014. Le nombre d’onduleurs vendus passerait de 2,6 millions d'unités en 2010 à 23,3 millions d'ici 2014. 13 3.6 Ensembliers En aval de la production, des ensembliers se chargent de fournir aux installateurs des systèmes complets en réponse à un cahier des charges : choix des modules, des composants, des connectiques et des matériel électriques associé. Les ensembliers peuvent produire eux-mêmes un élément de la chaîne de valeur du photovoltaïque. 3.7 Installation des panneaux photovoltaïques Le marché de l’installation de panneaux photovoltaïques se porte bien et il est intéressant de noter une tendance forte pour fiabiliser les installations avec de multiples outils de contrôle et suivi, de gestion de l’ombrage mais aussi en amont le dimensionnement ou le calcul d’ensoleillement. Pour estimer la production d’une installation, il faut prendre en compte sa puissance, les données en Heures Pleine Puissance selon le site d’implantation (le niveau d’ensoleillement n’est pas le même selon les mois de l’année, selon la localisation et la couverture nuageuse) et l’angle d’incidence du panneau qui varie selon l’orientation et l’inclinaison. Malgré ces calculs, de nombreux propriétaires d’installation PV n’ont pas les retours de revenus escomptés, soit parce que l’installateur a embelli le potentiel de production d’énergie ou/et l’installation est de mauvaise qualité. D’après le Consuel (Comité national pour la Sécurité des usagers de l’électricité) de nombreuses non-conformités électriques ontt été constatées : 37 % des installations photovoltaïques ne seraient pas conformes (étude sur 2 341 unités contrôlées en 2009). Le ministère de l’Ecologie (Meeddm) a en effet décidé de modifier le décret de 1972 rendant obligatoire dans le logement l’attestation de conformité pour toute installation électrique neuve, pour l’étendre aux installations de production électrique, notamment photovoltaïques. Depuis mars 2010, le passage du Consuel est désormais obligatoire pour garantir la sécurité électrique de l’installation avant sa connexion au réseau électrique. 14 4 L’empreinte écologique du photovoltaïque 4.1 Temps de retour et coefficient de performance La production d’électricité photovoltaïque est exempte de pollution au niveau local comme au niveau mondial : elle n’émet pas de gaz à effet de serre, ne puise pas dans des ressources minérales en grande quantité, et il peut facilement être intégrée dans l’environnement urbain, à proximité des besoins de consommation les plus importants. Ces particularités font du photovoltaïque l’une des filières les plus prometteuses et les mieux adaptées à moyen et long terme pour la production mondiale d’électricité, aussi bien dans les pays riches (OCDE) que dans les pays en développement. Toutefois, avant de produire de l’électricité, la fabrication, l’installation et plus tard le démantèlement et le recyclage des équipements en fin de vie demandent une certaine quantité d’énergie, qui doit d’abord être « remboursée » pour que l’électricité photovoltaïque puisse être considérée comme renouvelable et propre6. Deux indicateurs sont intéressants à retenir pour évaluer l’empreinte écologique d’un système photovoltaïque : • le temps de retour énergétique nombre d’années que met un système pour rembourser le contenu énergétique nécessaire à sa fabrication et à son installation, • le coefficient de performance: nombre de fois qu’un système photovoltaïque remboursera son contenu énergétique sur sa durée de vie. Une étude réalisée par l’Agence Internationale de l’Energie7 pour plusieurs villes de l’OCDE (dont Lyon) s’est intéressé à la filière silicium qui est le plus consommatrice d’énergie, notamment pour la production de silicium et de wafers. L’étude indique que pour Lyon, une installation PV en toiture qui produit 984 kWh / an aura remboursé en moins de 3 années le contenu énergétique nécessaire à sa fabrication et à son installation (4 années pour une installation en façade). Par ailleurs, pendant sa durée de vie, l’installation en toiture remboursera 10,7 fois son contenu énergétique (6,5 fois pour une installation en façade). Les résultats de cette étude montrent que le retour énergétique des systèmes photovoltaïques est très bon puisqu’il varie entre 1,36 et 4,7 années selon le pays où est située l’installation photovoltaïque et le type d’intégration (façade ou toiture). 6 Synthèse de l’étude du temps de retour énergétique des systèmes photovoltaïques dans les villes de l’OCDE – Bruno Gaiddon, Marc Jedliczka - Hespul 7 « Etude comparée d’une sélection d’indicateurs environnementaux de l’électricité solaire photovoltaïque (PV) dans les villes de l’OCDE ». International Energy Age Etude comparée d’une sélection d’indicateurs environnementaux de l’électricité solaire photovoltaïque (PV) dans les villes de l’OCDEncy (IEA) – Photovoltaic power systems program, European Photovoltaic Technolgy Plateform (EPTP), European Photovoltaic Industry Association 15 4.2 Le recyclage des panneaux Les premiers parcs photovoltaïques installés il y a une vingtaine d’années atteignent leur durée de vie maximale. La question du recyclage des panneaux se pose alors et des circuits doivent se structurer. A l’horizon 2020, la quantité de déchets annuelle à traiter est estimée à 35 000 T. Face à cet enjeu, les producteurs de panneaux ont intérêt à inclure le recyclage des panneaux dans leurs réflexions. La décision a été prise de travailler en étroite collaboration avec l’Union Européenne pour établir un schéma volontaire de récupération des déchets basé sur le principe du pollueur-payeur. En juillet 2007, l’association PV Cycle a été créée pour mettre en place ce schéma. Elle regroupe près de 80% des industriels de la filière photovoltaïque en Europe. L’accord volontaire qui a été signé prévoit qu’à l’horizon 2015 : • 65% des panneaux photovoltaïques usagés seront collectés • 85% des matériaux des panneaux usagés collectés seront recyclés. Cet engagement, plus exigeant que la DEEE (directive européenne sur les Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques), vise trois objectifs : • réduire le volume de déchets issus du photovoltaïque, • augmenter la réutilisation des matériaux renouvelables tels que le verre, le silicium et autres semiconducteurs, • réduire la consommation d’énergie et les impacts environnementaux de l’industrie photovoltaïque. Si l’organisation de la collecte et du traitement reste simple à imaginer et à mettre en place, les procédés technologiques de recyclage sont encore en développement. Des projets ont déjà été conduits pour les deux principales générations de panneaux photovoltaïques (silicium cristallin et couches minces). Pour la filière silicium cristallin, Deutsche Solar a développé une ligne complète de recyclage à Freiberg8. Un traitement thermique permet d’isoler la cellule. Les autres matériaux (verre, métaux, plastiques…) sont intégrés aux filières classiques de recyclage. Un traitement chimique va ensuite isoler le wafer de silicium, qui sera réutilisé dans la production de nouveaux panneaux. Bien entendu, ce procédé a des impacts environnementaux (énergie pour les fours, eau, produits chimiques pour le traitement…) mais le bilan final montre que le recyclage et la réutilisation des wafers compensent largement l’impact du traitement thermique et chimique, comme le montre le graphique suivant. Pour la filière « couches minces », une difficulté apparait les matériaux utilisés étant considérés comme toxiques (notamment le cadmium pour la technologie CdTe). Il faut préciser que le cadmium est un déchet issu de l’extraction industrielle du zinc. Ainsi, l'électricité solaire photovoltaïque est non seulement rentable mais en plus elle réduit les effets toxiques de la génération de combustible fossile tout en empêchant le cadmium élémentaire potentiellement dangereux de se retrouver dans l'environnement. First Solar a mis au point un procédé de recyclage des panneaux CdTe. Plusieurs étapes permettent d’isoler tous les composants et notamment les semi-conducteurs (dont le Cadmium). Ceux-ci sont récupérés et peuvent être réintroduits dans la production de nouveaux panneaux. Au total, 90% du verre et 95% des matériaux semi-conducteurs sont récupérés. Le coût du recyclage est inclus dans le prix de vente des panneaux. Au-delà de l’industrialisation de ces procédés de recyclage et de leur généralisation, des efforts sont conduits en amont par les producteurs pour faciliter le retraitement des panneaux, comme le développement de nouvelles méthodes d’encapsulation ou la réduction de l’épaisseur des matériaux semi-conducteurs. 8 LIFE CYCLE ANALYSIS OF A SOLAR MODULE RECYCLING PROCESS : Anja Müller, Karsten Wambach - Deutsche Solar AG, Solar Material, Erik Alsema - Department of Science, Technology and Society, Copernicus Institute, Utrecht University 16 5 Le marché français 5.1 Un marché en plein boom Avec 450 MW installés cumulés dont 250 MW9 sur la seule année 2009, le parc photovoltaïque français enregistre une croissance de 140 %. Il a été multiplié par 10 depuis 2006 et annonce 850 MW cumulés pour fin 2010. A ce niveau, fin 2010, les objectifs européens pour lesquels la France s’est endossé de 20% d'énergie renouvelable en 2020 seront largement remplis. La France est donc en avance sur ces objectifs en 2012 : 1100 MW installé cumulé, en 2020 : 5 400 MW. Prévisions de croissance pour le marché français – Source EPIA – début 2010 La France se place aujourd’hui au 4ème rang européen derrière l’Allemagne, l’Espagne et l’Italie en puissance installée par an et en 7ème position au niveau international. Ne tirant du solaire que 0,05% de l'électricité qu'elle consomme (production équivalente pour 160 000 habitants), elle reste loin derrière les pays leaders Ce niveau d’installation inférieur à nos voisins européens s’explique en partie par le choix de ne pas favoriser le développement des centrales au sol en leur attribuant un tarif d’achat relativement faible. 9 Baromètre PricewterhouseCoopers, 17 90 % des systèmes PV français en service ont une puissance inférieure à 3 KW. Seules une vingtaine de centrales ont une puissance supérieure à 500 kW (7 en 2009). Sources : SER-ENR, Ademe Les projets de centrale au sol se multiplient en France depuis 2008, essentiellement dans le sud de la France. Des démarches en région et en local sont en cours de réalisation pour identifier les sites à valoriser. Cependant, ces projets nouveaux entraînent des difficultés et doivent être maîtrisés : vigilance sur des questions d’implantation, d’insertion et de concertation. Les coûts d'investissement et de maintenance sont également plus élevés. Source PwC –2010 18 5.2 Soutien des politiques publiques La croissance du marché photovoltaïque français a démarré grâce à la mise en place d’un système devenu très incitatif (prix de rachat d’électricité par EDF augmentés, crédit d’impôts sur l’équipement) et qui a évolué à plusieurs reprises en 2006, 2008 et enfin en 2010, pour devenir l’un des plus attractifs. Nouvelles aides tarifaires pour les bâtiments professionnels et ceux de l’Etat, simplification des démarches administratives, lancement d’appel d’offre pour la construction d’ici 2010 d’au moins une centrale solaire dans chaque région française (puissance cumulée 300 MW- répartie en fonction du potentiel solaire de chaque région – 20 MW minimum pour la région Rhône-Alpes). Le tarif d’achat de l’énergie électrique a également été réévalué début 2010 et diminueront de 10% par an à partir de 2012 afin de contrôler l’emballement de la croissance. Il s’établit désormais, pour la métropole, d’un tarif de rachat de 31,4 à 37,68 c/kWh selon les départements et de 58 c/kWh en cas d’intégration au bâti. Ramené au prix du kWh, qui dépend de l’ensoleillement et de la durée de vie des panneaux (25 ans en moyenne) et grâce aux aides fiscales et régionales, le coût de production de l’électricité solaire est d’environ 30 cents par kWh en moyenne en France, soit 3 fois plus que le prix de l’électricité vendue par EDF (11 centimes d’euros par kWh). Face à la croissance de la filière PV en France, le gouvernement a décidé d’adapter le dispositif de soutien par les tarifs d’achat mi-septembre afin de rentrer dans une phase de développement et non une phase d’amorçage de la filière. Nouvelles conditions d’achat d’électricité produite par le solaire 2010-2012 - MAJ Sept 2010 Particuliers Aides indirectes à l’investissement Installation avec « intégration au bâti » Installation avec « intégration simplifiée au bâti » Installation non intégrée au bâti et au sol - Crédit d’impôt 25% du montant de l'investissement système PV (pour toute installation inférieure ou égale à 3kW). Plafonné à 8000 € pour une personne et 16 000 € pour un couple - TVA à 5,5 % pour l’achat du matériel et son installation réalisée par un professionnel (mesure valable jusqu'en 2010 et pour les bâtiments de plus de 2 ans) 58 c€/kWh pour projet inf. à 3 kWc sur habitations neuves ou existantes, 51 c€/kWh pour projet sup. à 3 kWc Non Bâtiments prof. et d’Etat - Amortissement accéléré ou exceptionnel - Réduction de l’assiette de calcul de la taxe professionnelle 51 c€/kWh pour les bâtiments de santé et d’enseignement 44 c€/kWh pour les autres bâtiments (bureaux, sites industriels, et agricoles) clos et couverts 37 c€/kWh 27,6 à 33,12 c€/kWh selon l’ensoleillement des départements en France métropolitaine et la puissance installée, 27,6 c€/kWh pour Rhône-Alpes 35,2 c€/kWh dans les DOM-TOM et la Corse 5.3 L’intégration au bâti Les choix du gouvernement sont clairs : l’intégration des panneaux solaires au bâtiment est encouragée. Les nouvelles règles d’intégration au bâti sont améliorées, de sorte que ce tarif favorise les solutions architecturales et esthétiques les plus accomplies et positionne les industriels et artisans sur un secteur innovant et à forte valeur ajoutée, bien que l’offre ne soit pas encore très étoffée. 19 Le prix de rachat de l’électricité produite par des installations photovoltaïques intégrées au bâti (de 50 à 58 c€/kWh) a pour conséquence de rendre extrêmement attractif le segment de marché du BIPV10. La création d’un nouveau tarif « intermédiaire » pour l’intégration simplifiée au bâti doit favoriser le développement du solaire sur les bâtiments professionnels pour lesquels des solutions totalement intégrées ne sont pas toujours possibles. L'intégration architecturale BIPV consiste à incorporer les modules photovoltaïques à la surface de bâtiments (façades, murs et toits) afin de créer un produit unique, un élément de construction doté d’une fonctionnalité PV. On parvient à une intégration parfaite lorsque l’élément de construction et le composant PV ne peuvent plus être dissociés. Lorsque des panneaux sont intégrés dès la construction d’un bâtiment, le coût global du système est réduit de manière significative. L’objectif du gouvernement français, avec l’augmentation du prix de rachat, est de dynamiser et d’accélérer l’innovation et de généraliser l’usage des systèmes photovoltaïques en tant que matériau à part entière. Le segment BIPV connaît la plus forte progression puisqu’il croît à un rythme de 60% par an dans les pays où la législation encourage la tarification verte. À l’heure actuelle il existe très peu de produits sur le marché, à moyen terme on peut parier que les modules « classiques » montés sur des supports métalliques seront remplacés par des modules intégrés dans les bâtiments pour des raisons esthétiques mais également de coût et de facilité d’installation. Tous les acteurs s’accordent à dire que le développement du marché français passera par le segment du BIPV. Celui-ci intéresse fortement les acteurs du bâtiment qui voient dans le photovoltaïque l’opportunité d’élargir leur offre traditionnelle sur un marché à fort potentiel de croissance. Les constructeurs vont devenir des prescripteurs de solutions PV et la collaboration amont entre architectes-bâtisseurs-bureaux d’études et producteurs d’équipements énergétiques sera essentielle. Les cabinets d’ingénierie et les architectes « bioclimatiques » seront également des acteurs importants de la filière, créant de l’emploi localement. Selon Pike Research, le marché des applications photovoltaïques de type intégré au bâti représenterait 2,4 GW en termes de puissance installée dans le monde d'ici 2016, contre 215 MW en 2009. La société d'études considère donc ce secteur comme un marché à fort potentiel en général, et en particulier pour les solutions couches minces et autres tuiles photovoltaïques. 5.4 D’importantes opportunités de développement économique La France de par ses importantes surfaces agraires, son ensoleillement et son retard en matière de production d’énergie renouvelable, devient le pays d’Europe possédant l’un des meilleurs « gisements » d’énergies renouvelables par le solaire. Passant de la douzième à la septième place mondiale en termes de puissance installée, la demande ouvre des opportunités économiques importantes et pousse la filière française du PV à se développer et à maîtriser l’ensemble de la chaîne de valeur. De plus en plus d’acteurs issus de secteurs d’activités différents s’intéressent à ce marché : • des entreprises étrangères de la filière PV qui souhaitent s’implanter sur le marché français ; • de nouveaux entrants issus du bâtiment qui se diversifient dans l’énergie solaire, estimant qu’il s’agit d’un important relais de croissance (Air Liquide, Somfy, Schneider, Imerys TC …). • des acteurs issus des énergies non renouvelables (EDF, Total …) qui souhaitent être présents dans les deux filières afin de disposer de bouquets énergétiques diversifiés. Le SER, syndicat des énergies renouvelables, a recensé dans un guide 150 acteurs industriels de toute taille, tant fabricants que sous-traitants dans l’Hexagone11. Les acteurs spécialisés comme Photowatt ou Tenesol, y figurent en bonne place. Cette filière naissante est désormais active dans la création de nouveaux emplois. Il est estimé que dans le cadre d’une filière intégrée, 1 MW installé génère 35 emplois. Fin 2009, on estimait à 8 500 le nombre d’emplois directs dans la filière photovoltaïque française12, 3 200 en amont de la filière et 5 300 en aval. Selon l’ADEME ce nombre pourrait atteindre 15 000 emplois à l’horizon 2012. 10 11 12 Building Integrated Photovoltaics Disponible en ligne sur www .enr.fr Rapport Charpin 20 D’une manière générale, les acteurs du PV sont fortement intégrés et recourent peu à des sous-traitants en matière de production. La logique du « produire en interne » reste largement dominante. En amont, les équipementiers de la micro-électronique profitent de l'engouement mondial pour les énergies renouvelables. Cette sous-traitance amont reste cependant réservée à des entreprises aux fortes compétences distinctives et dotées d’une grande aptitude à l’innovation. Les besoins les plus significatifs concernent une sous-traitance de proximité dans le domaine des services à l’installation, à la maintenance et à l’ingénierie. La France pourrait ainsi combler son retard en occupant des segments du marché encore peu fréquentés, notamment en aval et en tablant sur des produits à haute valeur ajoutée. L’intégration des systèmes au bâti mobilise des industriels de nombreux secteurs d’activités (tôlerie, emboutissage, thermoformage, injection plastique …) et fait appel à des installateurs-couvreurs spécialisés (et donc formés…). Le déploiement d'une industrie solaire compétitive pourrait permettre le développement (ou la reconversion) de nombreuses sociétés spécialisées (intégrateurs, consultants, distributeurs …) dans tous les domaines du bâtiment et des services. La structuration d’une industrie française compétitive et la reconversion des équipementiers et sous-traitants des industries traditionnelles vers cette filière émergente sont conditionnées par de nombreux facteurs, et, à ce titre, la formation représente certainement l’un des enjeux les plus importants. En effet, afin de répondre à la demande croissante et pour éviter la pénurie de main d’œuvre qualifiée, il est impératif de mettre en place une offre de formation adaptée, que ce soit pour la formation initiale des techniciens et ingénieurs, ou au niveau de la formation continue pour la filière du bâtiment et les industries traditionnelles. La mise en place de partenariats et de projets de R& D entre les différents acteurs de la filière et les laboratoires de recherche est également essentielle. Source SER-SOLER 21 6 Le photovoltaïque en Isère et en Rhône-Alpes 6.1 Rhône-Alpes : une région à potentiel solaire, l’Isère dans le peloton de tête Rhône-Alpes se place 3ème ou 4ème région française sur le marché du solaire PV selon les chiffres que l’on distingue : en nombre d’installations ou en puissance installée et continue de progresser. Son parc a quintuplé entre 2007 et 2008, portant la puissance installée fin 2009 à 23,9 MWc13 ce qui représente un taux d’équipement de 4,5 Wc14 par habitant, sensiblement supérieur à la moyenne nationale, La région bénéficie d’un ensoleillement favorable par rapport à d’autres régions françaises. Les grandes viles de Rhône-Alpes ont en moyenne de 1240 Heures Pleine Puissance (Grenoble à 1290 et Lyon à 1200). Les disparités en France vont de 985 HPP pour Amiens à 1490 HPP à Toulon pour une moyenne de 1200 HPP (sur 69 villes)15 Source JRC- european commission 13 14 15 Source Soler-avril 2010 Source Eurobserv’er – avril 2010 Analyse AEPI avec des données magazine énergie et développement durable –mai-juin 2010 22 L’Isère est le département qui connaît le plus fort développement, à la fois en termes d’évolution du marché et de parc installé en Rhône Alpes. Répartition des puissances totales PV par département – source SoeS –second trimestre 2009 6.2 Les aides régionales et départementales La plupart des Régions ont initié des politiques de soutien au développement des installations photovoltaïques. C’est le cas de Rhône-Alpes qui encourage le développement des filières d’efficacité énergétique et d’énergies renouvelables de façon ciblée. Elle souhaite conditionner ses aides relatives aux énergies renouvelables à la prise en compte de l’efficacité énergétique dans les bâtiments. Dans le cadre de la politique de l’énergie, la région participe sur la base d’un forfait, au financement de chauffe-eau solaires et de systèmes solaires combinés en faveur des particuliers. Elle bonifie par ailleurs la production de kWh pour le photovoltaïque raccordé au réseau. D’autres aides sont proposées par la Région concernant les études et réalisations pour le logement (propriétaires et bailleurs), pour les bâtiments publics (collectivités), et pour les projets du secteur collectif privé intégrant l’utilisation d’énergies renouvelables. En juillet 2007, le Conseil régional Rhône-Alpes a décidé de lancer un appel à projets pour des réalisations photovoltaïques portées par des maîtres d'ouvrages autres que les particuliers, par exemple des systèmes installés lors de rénovations de bâtiments et de parcs solaires. Pour l’année 2010, elle lance un nouvel appel à projet pour soutenir les projets d’installations photovoltaïques raccordées au réseau qui présentent un caractère démonstratif et un intérêt pour le développement de la filière. Les conseils généraux de l’Isère et de la Savoie ont également mis en place des programmes d’aide au développement de l’énergie solaire photovoltaïque. Les subventions du Conseil général de la Savoie16 sont destinées aux collectivités et établissements publics ; les aides du Conseil général de l’Isère17 concernent également les particuliers et les collectifs privés. Par ailleurs, la Savoie a confié à l’ASDER (Association Savoyarde de Développement des Energies Renouvelables) une mission d’assistance à la maîtrise d’ouvrage, permettant à tous les bénéficiaires de se faire accompagner gratuitement dans leurs démarches. Au total, les aides attribuées par les collectivités (Région, Département et crédit d’impôt) couvrent environ 60 % du coût de l’installation. 16 17 20 % de la dépense subventionnable, aide plafonnée à 3,8 €/Wc 1€/Wc pour les bâtiments publics et les copropriétés, 0,5 €/Wc installé (plafonné à 1000 €) pour les particuliers 23 6.3 Acteurs et fabricants rhônalpins Rhône-Alpes concentre la majeure partie des acteurs industriels français du PV. On compte ainsi une dizaine d'industriels (fabricants ou systémiers) essentiellement localisés sur Lyon et la Savoie. Au total, 70 entreprises employant plus de 1800 personnes18 sont présentes sur toute la chaîne de valeur : des fabricants de modules aux installateurs. Le leader français du marché, Photowatt, se trouve en Isère à Bourgoin-Jallieu. Deux risques majeurs pèsent sur les grands acteurs locaux de la filière : • • Ils appartiennent pour la plupart à des grands groupes, parfois étrangers et dépendent de la volonté de leurs actionnaires pour le financement de leurs programmes de R&D et de leur croissance ; A l’échelle internationale, ils sont confrontés à un risque de rachat s’ils n’atteignent pas une taille critique suffisante par rapport à leurs concurrents. Ce second point est directement lié au premier. Ci-dessous quelques uns des industriels rhônalpins les plus actifs, notamment en termes de recherche et de développement de nouveaux procédés. • Photowatt International SA (38) - 590 Salariés Verticalement intégré, Photowatt produit à partir du silicium les lingots qui lui permettront de réaliser les plaques, les cellules et les modules photovoltaïques à partir de silicium polycristallin. • Clipsol (73) - 100 salariés Leader français du chauffage solaire (capteurs solaires), acteur majeur marché du solaire thermique mais également du photovoltaïque. du • Tenesol (69) - 50 salariés Le groupe Tenesol, détenu conjointement à 50 % par EDF et Total, est l’un des premiers ensembliers photovoltaïques mondiaux. Il fabrique ses propres modules, conçoit, réalise, commercialise et installe des systèmes photovoltaïques en France et dans le monde. • IBC Solar (73) - 10 salariés Filiale française du groupe allemand du même nom, IBC Solar couvre l’ensemble de l’activité de production d’énergie photovoltaïque : fabrication de modules et ensemblier, systémier, conception et réalisation de centrales photovoltaïques… • Solar Force (38) - 12 salariés Développement d'un procédé innovant utilisant un ruban de carbone au lieu d'une scie à fil (procédé classique). Cette technologie permet d'utiliser quatre fois moins de silicium • Apollon Solar (69) – 4 salariés Start-up travaillant sur des projets de production de silicium de qualité photovoltaïque, de recyclage du silicium et de nouveaux procédés d’encapsulation des cellules. • Ferropem/Invensil (38 et 73) – 120 salariés Un des leaders mondiaux de la production de silicium métallurgique. Il est au cœur du projet Photosil lancé en partenariat avec Apollon Solar et le CEA dont l'objectif est la validation d'une nouvelle filière industrielle de production de silicium pour l’industrie photovoltaïque. • ECM Technologies (38) – 100 salariés Fabricant de fours de croissance cristalline photovoltaïque. 18 pour lingots de silicium Etude Ernst and Young 2008 sur les écotechnologies 24 • HaWi Energietechnik GmbH (38) – 40 salariés Bureau d’études en matière d’installations solaire, éoliennes et de centrales de cogénération. • SolarWorld (38) Production de plaque, cellules et modules photovoltaïques. • Schneider Electric (38) Solutions de gestion des installations photovoltaïques. • Eaton (38) Spécialiste de rang international dans les composants et systèmes électriques pour la qualité, la distribution et le contrôle de l’énergie. • SMA (69) Onduleurs solaires hautement performants pour toutes les tailles d’installation. • TecNiSun (38) Premier fabricant et installateur de solutions solaires thermiques. • Suntech (38) Conception, développement et fabrication de cellules et modules photovoltaïques. 6.4 Le marché des installateurs et des « sous-traitants aval » Si le nombre de fabricants et d’industriels reste limité, on compte de nombreux acteurs dans le conseil et l'installation d'équipements photovoltaïques. Il n’existe pas d’agrément spécifique pour les installateurs et n'importe quelle société peut se déclarer spécialiste du solaire. Une nouvelle appellation QualiPV a depuis vu le jour fin 2007, en réponse à une demande forte des professionnels de systèmes solaires photovoltaïques, pour une meilleure visibilité de leur filière. De nombreux distributeurs/installateurs étrangers, notamment allemands ou asiatiques, suivent avec attention l’évolution du marché français depuis quelques mois offrant de nouvelles perspectives d’implantations de bureaux commerciaux et de filiales en Rhône-Alpes. 6.5 La recherche Rhône-Alpes héberge de nombreux centres de recherche publics et privés intervenant tout au long de la filière PV et fait preuve d’un dynamisme remarquable, que ce soit en recherche fondamentale ou recherche appliquée. Avec la montée en puissance d’organismes tels que l’INES, le CEA-Liten, le pôle Tenerrdis et de projets comme « PV Alliance » sur Bourgoin Jallieu et Photosil en Savoie, cette tendance devrait encore s’accentuer à l’avenir, plaçant Rhône-Alpes au cœur de la recherche française sur le photovoltaïque19. Les acteurs rhônalpins investissent principalement en R&D à deux niveaux pour : • développer un nouveau type de silicium moins cher et aussi performant (projet Photosil); • développer de nouveaux procédés afin d’économiser le silicium existant (Solar Force). • CEA Liten (38) – 550 personnes Organise ses recherches autour de 3 thèmes principaux : le photovoltaïque, l’hydrogène et la pile à combustible et les nanomatériaux. Ces 3 axes de recherche s’adressent à 3 grandes cibles industrielles : bâtiment (habitat et tertiaire), transport automobile, électronique nomade. 19 71% des crédits distribués par l’ADEME pour la R&D concernant l’énergie solaire sont alloués à des entreprises rhônalpines. 25 • Grenoble INP (38) Grenoble INP est un acteur historique de la recherche sur l’énergie en France avec des laboratoires comme le LEG ou la plate-forme PREDIS sur l’énergie distribuée. • INES (73) – 200 personnes L’Institut National de l’Energie Solaire s’articule autour de 3 plates-formes indépendantes travaillant en étroite collaboration : INES RDI (sur la recherche), INES éducation et INES démonstration. Il est porté par le CEA, le CNRS et le CSTB et a pour objet de promouvoir et de développer les énergies solaires en France. • CSTB (38) – 70 personnes Le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment compte 5 centres en France, dont le centre de Grenoble. Il travaille sur le bâtiment à énergie positive ou habitat intelligent et intervient dans la construction des nouveaux bâtiments à haute qualité environnementale. • Plate-forme RESTAURE (38) Permet de développer le rendement des cellules solaires photovoltaïques sur silicium. Est financée à 75 % par le CEA et à 25 % par l’Ademe. Opérationnelle depuis 2005 elle a été transférée du CEA-Grenoble à l’INES sur Savoie Technolac. • Photosil (73) Projet développée en partenariat avec Apollon Solar, Ferropem/Invensil, le CEA, le CNRS et l'ADEME. L'objectif est de valider une nouvelle filière de production de silicium (par voie métallurgique) pour le marché photovoltaïque à des coûts compétitifs. • Le projet LabFab et PV Alliance Le projet LabFab (d’un montant de 135 M€ sur 5 ans) consiste en la création d’une unité pilote de production de cellules PV dont la vocation sera de valider et qualifier les innovations issues des laboratoires de recherche et notamment de l’INES. Cet outil de R&D sera opéré par la société PV Alliance créée en 2007 par Photowatt (40%), EDF-EN (40%) et le CEA (20%). • Certisolis Laboratoire d’essais et de certification des performances énergétiques des modules. CERTISOLIS TC est une Société par Actions Simplifiée, filiale du Groupe CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) et du LNE (Laboratoire National de métrologie et d’Essais). Elle s’inscrit dans le cadre d’un partenariat scientifique avec le CEA/INES sur le site de Savoie Technolac (73). 6.6 Les projets collaboratifs Cf. Annexe 2 26 6.7 La formation La région Rhône-Alpes regroupe 9720 formations initiales et continues, courtes ou diplômantes dans les énergies renouvelables portés par 17 organismes de formation. 63 sont des formations autour du solaire, 11 sont proposés par le pôle universitaire grenoblois. • INES offre de nombreuses formations initiales et continues assurées par INES Education ou par les industriels partenaires. • L'ASDER (Association Savoyarde de Développement des Energies Renouvelables) propose des stages «énergies renouvelables » destinés aux ingénieurs et techniciens. • Grenoble INP offre à travers son école ense3 une formation d’ingénieur ouvrant sur des compétences techniques des filières énergétiques telles que le PV. • Le CEA INSTN propose une formation " Nouvelles technologies de l’énergies, option photovoltaïque et stockage de l'énergie " destinée à un large public (ingénieurs, chercheurs, institutionnels, doctorants, techniciens supérieur...) concerné par le secteur des nouvelles technologies de l’énergie. • Ageden propose une série de formations à la demande des particuliers, des professionnels et des acteurs des collectivités : autant des aspects généraux de la filière PV que techniques. • L’université UJF propose des formations diplômantes intégrant une culture technologique et la conduite de projet dans les ENR et le PV. • Les Compagnons du Solaire : implanté au Bourget du Lac cet organisme forme des professionnels qualifiés pour l’installation de systèmes solaires. Compte tenu de la forte croissance du marché et des évolutions technologiques à venir, la formation d’ingénieurs et chercheurs spécialisés est l’une des conditions clés pour que l’Isère et Rhône-Alpes restent compétitives et se développent autour de cette filière. Les entreprises étrangères souhaitant se développer sur le territoire français auront naturellement tendance à s’installer là où elles seront sûres de trouver du personnel qualifié pour répondre rapidement à la forte demande. Certains fabricants créent leurs propres structures de formation et d’installation en interne devant la pénurie du personnel qualifié et de formations disponibles sur ces thématiques. Toutefois, ces centres ne sont pas une réponse suffisante et les besoins en matière de formation continue surtout en aval de la filière (perfectionner les techniciens et les commerciaux, former les installateurs) restent importants. La disponibilité d’une main d’œuvre compétente et qualifiée jouera un rôle prépondérant dans le développement du territoire autour du photovoltaïque. 20 Etude réalisée par Tenerrdis en 2008-2009 27 6.8 L'environnement et les projets fédérateurs L’Isère et Rhône-Alpes sont impliqués dans plusieurs projets fédérateurs portant sur l’innovation dans le domaine des énergies renouvelables et du photovoltaïque. • Tenerrdis : pôle de compétitivité sur les nouvelles technologies de l’énergie s’articulant autour de cinq volets : solaire et bâtiment, hydraulique, biomasse, hydrogène et pile à combustible et gestion des réseaux électriques. • L'Institut Carnot « Energies du futur » : porté par Grenoble INP, le CEA, et l’Université Joseph Fourier et le CNRS, cet institut regroupe 16 laboratoires (373 personnes). Il va développer des recherches interdisciplinaires, notamment autour du PV. • INES (cf. plus haut). • Le cluster Rhône-Alpes Éco-énergies a pour objectif de structurer les acteurs privés et publics souhaitant contribuer au développement des filières de la maîtrise de l'énergie et des énergies renouvelables, dans une solution globale adaptée à la au marché de l'éco-bâtiment. • Le cluster de recherche Energies Rhône-Alpes vise à assurer une structuration régionale des activités de recherche dans le domaine de l’énergie en fédérant des équipes de disciplines variées : génie électrique, matériaux, électrochimie, énergétique, économie… Ces différents projets collaboratifs, pôles de compétitivité et autres clusters jouent un rôle essentiel dans le développement de l’offre locale, que ce soit au niveau de la recherche, dans le cadre de collaborations industrielles ou encore autour de la thématique de la formation. Ils permettent en effet aux acteurs locaux de travailler ensemble à la structuration de la filière en mettant en commun leur savoir faire et leurs moyens. Ils contribuent également à afficher le dynamisme du territoire et à le rendre visible, ce qui n’est pas forcément manifeste étant donné la place encore modeste qu’occupe la France sur ce marché et sa faible attractivité pour des investisseurs étrangers. 28 7 Benchmarking européen L’Europe de l’ouest dispose du leadership mondial en ce qui concerne la production l’électricité solaire. Elle représente plus de 70% de la production mondiale et l’Allemagne à elle seule, plus de 44 %. Le ratio de la puissance photovoltaïque par habitant dans l’UE s’établit à 31,6 Wc par habitants en 2009 contre 20,8 Wc21 en 2008. L’année 2009 a également été l’année des records d’installation PV pour d’autres pays européens : L’Italie, la République Tchèque, la Belgique et la France… On constate un intérêt croissant pour les énergies renouvelables en raison de l’objectif commun fixé par les membres de l’UE qui est d’atteindre 20% d’énergies renouvelables (ERN) d’ici 2020. Durant les dernières années, les coûts de rachat se sont rapprochés et se situent aujourd’hui autour de 45 €ct/kWh. La priorité de la plupart des pays est le solaire intégré dans le bâtiment et connecté au réseau. Le soutien de la recherche est un autre moyen d’accélérer le développement en amont. Les différents programmes de recherche nationaux ainsi que la recherche privée menée par les grandes entreprises européennes telles que Q-Cells et Photowatt portent globalement sur des thèmes communs. Il s’agit principalement de la diminution des coûts et de l’optimisation des processus de production, de l’amélioration du rendement des cellules, ainsi que des différentes alternatives à l’utilisation de silicium. L’Allemagne est le pionnier et le leader incontesté du marché européen. Bénéficiant de la plus grande capacité installée (3,8 GW à fin 2009), et de la plus importante production de cellules dans l’UE, c’est le seul pays qui regroupe tous les acteurs composant la chaîne de valeur de la filière PV. Sa position de leader s'explique principalement par sa 1ère loi incitative sur l'énergie renouvelable (EEG) entrée en vigueur en avril 2000. En fixant un coût de rachat très intéressant, garanti sans aucune limite de production d’électricité et en proposant des crédits à taux avantageux, ce pays a réussi à faire démarrer une industrie leader aujourd’hui en Europe et dans le monde. Cette loi prévoit une révision chaque année, et dernièrement en mars 2010 avec une baisse des prix de garantie de revente d’électricité de 16% en 2009 au lieu de 5,5% annuelles prévues pour éviter une surchauffe du premier marché mondial de panneaux solaires. On dénombrait 300 000 systèmes photovoltaïques en Allemagne en 2007 alors que la loi sur les énergies renouvelables avait fixé un objectif de 100 000. Le gouvernement allemand a pour objectif d’augmenter la part des énergies renouvelables à 27% d’ici à 2020. L'ampleur des incitations à l'investissement est un autre élément clef du dynamisme du marché allemand. Les prêts et subventions22 constituent une mesure incitative majeure pour la mise sur pied de projets, particulièrement dans l'est de l'Allemagne. Dresde et la « Silicon Saxony », déjà mondialement reconnus pour leurs compétences dans le secteur des semi-conducteurs, sont aujourd’hui baptisés "la vallée de l'énergie solaire". L’est de l’Allemagne est ainsi en train de s’imposer comme territoire de référence pour la production et la recherche dans le domaine du PV, que ce soit autour de la technologie silicium ou des technologies émergentes (couches minces, solutions organiques…). Les conditions politiques ne sont pas les seuls éléments favorables. La main-d’œuvre et les capacités de recherche contribuent fortement à cette compétitivité. Beaucoup d'universités allemandes élargissent l'horizon de la recherche et forment la main-d’œuvre de demain en offrant des programmes en gestion et en technologie axés sur ce secteur. Le directeur de la société canadienne ARISE Technologies Corporation qui construit actuellement une usine de fabrication de cellules photovoltaïques dans la ville allemande de Bischofswerda, considère la main-d’œuvre allemande comme l'un des principaux attraits. "Nous avons opté pour l'Allemagne puisqu'il s'agit du marché d'énergie solaire le plus important au monde. Ce pays compte une concentration élevée de sociétés spécialisées en technologie solaire et a de plus accès à une maind’œuvre technique qualifiée." D'autres entreprises telles que First Solar et Nanosolar ont également réalisé des investissements majeurs dans l'est de l'Allemagne. Après une année 2008 spectaculaire, le marché espagnol est pratiquement à l’arrêt depuis fin 2009. Le parc installé est passé en Espagne de 144 MWc en 2006 à 2 680 MWc en 2008, puis à 68 MWc en 2009. Les objectifs du plan d’énergies renouvelables (2005 - 2010) ont été atteints avec trois ans d’avance, ce qui n’est pas sans poser quelques problèmes de financement pour le gouvernement espagnol. 21 22 Source Eurobserv’er avril 2010 Ils représentent en moyenne de 30% à 50% des coûts d'investissement 29 L’Italie constitue le troisième marché européen avec 730 MW en puissance totale installée en 2009 avec plus de 500 000 installations23 et en deuxième position pour la capacité de nouvelles installations dispose d’un système de tarifs d’achats un des plus incitatifs au niveau européen. L’Italie prévoit une réduction de 20% en 2011 de ces tarifs d’achat PV. La croissance semblait néanmoins être freinée par une incertitude concernant le soutien du gouvernement à la filière ainsi que par des procédures au raccordement au réseau très complexes et à un système d’aides trop compliqué. Au Portugal, le contexte environnemental est en faveur du solaire. On trouve des filiales et sous-traitants de grandes entreprises internationales telles que Solar Plus et Lobo Solar (Shell Solar). Comme en Espagne, les installations connectées au réseau sont majoritairement de grandes fermes solaires ; la plus grande centrale solaire au monde (46 MW sur 250 hectares) vient d’être inaugurée à Moura. Le pays a notamment sécurisé la croissance de son marché pour les prochaines années en instaurant un nouveau système d’incitation intéressant en termes de tarifs. L’objectif du gouvernement portugais est ambitieux puisqu’il s’agit de produire 45% d'énergies renouvelables en 2020 (le double des engagements pris au niveau européen.) 23 Source : www.fotowation.com- mars 2010 30 Annexe 1 : Des projets en Isère (source Ageden) 2002 Immeuble Dentellière à L’Isle d’Abeau OPAC38 verrière PV 5,4 kWc/2002 2003 Immeuble rue Moyran Grenoble/actis 22 kWc 2005 Lycée du Grésivaudan Meylan 45 kWc 2006 Rénovation Verrière Salle des Fêtes Miremont Centre historique de Vienne 6,3 kWc 2007 Centre technique Pays voironnais 33 kWc 2008 Eglise St Laurent en Beaumont Réfection de toiture 6kwc 2008 Ferme des combeaux St Siméon de Bressieu 32 kWc Photo de Mr Bremand 2009 Reflets du Drac /Urbiparc Tertiaire bureaux à Grenoble 93 kWc 31 Annexe 2 - Projets collaboratifs qui concernent l’Isère Casimir Solarforce, CNRS, INES, LMO, Ec² Copernic Crisilal Ines-CEA Avec Photowatt, ArcelorMittal, ulp, Cnrs, Annealsys Projets Silicium Projet ANR pour la fabrication de cellules flexibles (à base de SI ultra-Mince en Ruban) à contacts reportés en face Arrière avec un objectif de rendement de conversion à15% à une échelle industrielle. Projet cofinancé par la DREAL, la DGCIS et le Conseil général de l’Isère dans l’optique de créer une filière équipement et services de production des cellules PV sur technologies hétérojonction avec des retombées pour 40-30, PV alliance, pour l’INERIS et le CEA Liten Budget : plus de 8 M€ 2009-2012 Projet ANR pour mettre au point des technologies de dépôt sur alliages métalliques et de recristallisation du silicium cristallin en vue de d’améliorer les rendements énergétiques Multixen Ines-CEA Avec Photowatt, Apollon solar, CNRS, Im2nP, SiMaP, GEP, Ecole Polytechnique Projet ANR pour améliorer les procédés cellules solaires sur grande surface à bas coût et à rendement de conversion élevé Phare CEA Ines Avec le CNRS Projet ANR pour la réalisation de cellules à haut rendement de conversion (20%) Progress Solarforce Avec Photovoltech, imec Projet OSEO d’industrialiser une technologie RST (Ruban de silicium sur Substrat de carbone temporaire) pour la production à grande échelle QCPassi CEA-Ines Avec CNRS, ECN, GEP, Polytechnique Projet ANR pour le développement d’une cellule PV à très haut rendement (+de 25%) combinant un dispositifs à hétérojonctions sur silicium cristallin. Reducop II Photowatt Avec le CEA Liten, CNRS, IM2NP, INL, SIMAP Projet 2006-2009 financé par l’ADEME pour une meilleure optimisation de nouvelles techniques de cellules PV minces et de grands modules (filière multicristallin) SEGSi Ines Avec la CEA, SIMap, Cnrs, PAristech, LGPPTS, Photowatt, emix Projet ANR pour améliorer la ségrégation des impuretés dans le silicium par un brassage électromagnétique efficace dans le but d’utiliser un silicium moins pur pour la production de lingots multi-cristallins. SHARCC CEA-Ines Avec EDF, CNRS, UPC, GEP, Ecole polytechnique Projet ANR pour développer une structure innovante de cellules PV à haut rendement sur silicium cristallin SiLVIE 2.0 ECM Technologies Avec INES, CL, Vesuvius Projet cofinancés par la DGCIS, la région Rhône-Alpes, le conseil général et la ville de Grenoble, livrable 2010-2012 pour une nouvelle génération de fours de croissance cristalline pour le silicium de qualité solaire avec des lingots de 800 kg – aujourd’hui, l’Inès a un four pour des lingots de 450 kg 32 Solar Nano Crystal PV alliance Avec Apollon Solar, Emix, CEA, INES, CNRS, Photosil industries Projet OSEO 2008-2013 TWIN Mix Avec Photowatt, CEA, enscp Projet ANR pour développer une filière industrielle électromagnétique visant à réduire les coûts des cellules PV à base de Silicium multicristallin. Asyscol Grenoble INP Avec ArcelorMittal, CEA Liten, EDF, IRDEP, CN RS,.. COOLPV Ines-CEA CDLD-PV CEA Ines Avec G2E lab Projets PV amont et couches minces Projet ANR Projets “Systèmes PV et intégration” Projet ANR : Refroidissement des panneaux PV intégrés en toiture par ventilation et stockage de l’énergie Projet ANR pour la détection et localisation de défauts dans les systèmes PV RéactivHome CEA Ines Avec Schneider Electric, G2E Lab, Multicom, G-Scop Projet ANR, pour l’exploitation des TIC dans l’environnement de l’habitat pour optimiser l’efficacité énergétique Roll PV Sunlan21 Avec Ines, Recupyl.. Projet ANR Procédé continu d’encapsulation pour wafers silicium, recyclabilité Solution PV Schneider Electric Avec GEG, CEA, G2E Lab, H3C, Photwatt, Tenesol, Saft Projet cofinancé par la DGCIS, la région Rhône-Alpes, le conseil général, Grenoble Alpes Métropole et la ville de Grenoble Optimisation de la productivité et la fiabilité des installations PV face aux ombrages Voltarec Recupyl Projet cofinancé par la DGCIS, le CGI et Grenoble Alpes Métropole sur le recyclage intégral des panneaux PV dans le but d’offrir une solution integrée à l’ensemble de la filière de production, maintenance et SAV. 33 AEPI, l’agence de développement économique de l’Isère Outil au service du département et de ses territoires. Interface entre les acteurs économiques locaux, régionaux, nationaux et internationaux. Centre de ressources des acteurs industriels, scientifiques et institutionnels de l’économie iséroise. l’AEPI est financée par le Conseil général de l’Isère L’AEPI assure des missions au service de la collectivité Développement des technologies clés. Promotion économique du département. Prospection d’entreprises françaises et étrangères. Accueil et implantation d’entreprises en Isère. Etudes et informations économiques. www.grenoble-isere.com Agence d’études et de Promotion de l’Isère 1 place Firmin Gautier - 38027 Grenoble cedex 1 Tél : +33(0)4 76 70 97 18 – Fax : +33(0)4 76 70 97 19 [email protected] 34