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LNERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAQUE

FILIRE DNERGIE RENOUVELABLE

TAT DE LA SITUATION

Lindustrie photovoltaque mondiale a beaucoup progress depuis une dcennie. Sa capacit installe est passe de 1 790 MW 137 000 MW sur la priode 2001-2013 cest 40 % daugmentation en moyenne par anne. En 2013, la filire solaire photovoltaque reprsentait environ 1 % du bilan mondial de production dlectricit et 4 % de la puissance installe disponible.

Les systmes photovoltaques raccords un rseau lec-trique occupent 95 % du march actuel et les systmes hors rseau, 5 %.

Au Qubec, la filire solaire photovoltaque production centralise en est ltape de lexprimentation. Quant la production dcentralise, bien que peu rpandue encore, elle existe bel et bien.

POTENTIEL SOLAIRE PHOTOVOLTAQUE

La ressource solaire est plus ou moins disponible, car lenso-leillement est variable et parfois difficile prvoir selon lheure du jour, les conditions climatiques et la saison. Linsolation jour-nalire change selon la rgion du Canada. La ressource est in-disponible en priode de pointe hivernale au Qubec (matin et soir). En consquence, le systme photovoltaque doit tre adapt la grande variation densoleillement entre les saisons dhiver et dt, particulirement dans le nord du Qubec.

Au Qubec, la disponibilit variable de la ressource a de multiples impacts dordre technique dans le cas dun sys-tme photovoltaque raccord au rseau lectrique, surtout si la capacit installe globale ou locale devient importante. Ultimement, ces contraintes techniques influenceront, pour une question de prix, le choix dun tel systme de production dlectricit.

Dans le sud du Qubec o se concentre la grande majorit de la population, le facteur dutilisation annuel dun systme photovoltaque avoisine 16 ou 17 %. Il est suprieur celui de lAllemagne ou du Japon, qui sont nanmoins les chefs de file du march mondial de lnergie solaire photovoltaque.

En couverture : Panneaux photovoltaques au sol.

Cicontre : Panneaux photovoltaques sur letoitdune maison.

LNERGIE DU SOLEIL

NERGIE SOLAIRE

PHOTOVOLTAQUE :

NERGIE RCUPRE

PARTIR DE LA

LUMIRE DU SOLEIL

ET TRANSFORME

DIRECTEMENT EN

LECTRICIT, AU

MOYEN DE CAPTEURS

PHOTOVOLTAQUES.

FIL IRE D NERGIE RENOUVELABLE LNERGIE SOL AIRE PHOTOVOLTAQUE

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RENDEMENT ET COTS

En 2014, le rendement de conversion des modules photo-voltaques utiliss pour les microrseaux lectriques atteint en moyenne 15 %. Celui des cellules multijonctions dpasse 40 %, mais leur cot de fabrication est encore trop lev pour un dploiement grande chelle. Toutes les technologies pho-tovoltaques, tant plus ou moins sensibles la temprature, affichent un rendement et une puissance qui peuvent varier sous une mme insolation jusqu 30 % entre les saisons dt et dhiver.

Le principal frein lessor de la filire solaire photovoltaque reste les cots dinvestissement. Au cours de la dernire d-cennie, une industrie est ne coups dincitatifs gnreux au dveloppement surtout de systmes raccords un rseau lectrique. Ces dernires annes cependant, on a observ une importante baisse des cots.

Au Qubec, les cots dinvestissement actuels (2014) dun petit systme photovoltaque raccord un rseau restent en-core suprieurs ceux de la filire olienne ou de la filire hydro-lectrique (projets dHydro-Qubec).

AVANTAGES ET INCONVNIENTS

[ Production intermittente, parfois difficile prvoir selon lheure du jour, les conditions climatiques et la saison de lanne.

[ Production optimise avec lutilisation dun systme de stockage dnergie.

[ Aucune pice en mouvement.

[ Concept volutif ou modulaire (modules ajouts au besoin), permettant daugmenter la puissance installe, dimension variable.

[ Fiabilit, longue dure de vie (environ 30 ans).

[ Peu dentretien, cot dexploitation peu lev.

[ Grand potentiel de sites dimplantation (btiments, pare- soleil de station nements, espaces ouverts, etc.).

[ Systme au sol requrant un grand espace.

DVELOPPEMENT DURABLE

Les principaux enjeux pour les grands systmes photovoltaques au sol sont :

[ Effet visuel : nombre dunits, dimension, couleur et brillance.

[ Aucun impact sonore.

[ Obstacle lcoulement des eaux pluviales et imperma-bilisation partielle des sols (selon le type de fondation du systme).

[ Utilisation de quantits deau importantes des fins de refroidissement et de nettoyage, gnration deaux uses.

[ Augmentation des risques de dgradation du sol, par exemple rosion.

[ Impact sur les habitats naturels, perturbation de la faune.

[ Conflits possibles avec dautres activits : terres agricoles, routes et chemins daccs, espaces boiss et espaces btis (impact sur la valeur foncire).

[ Utilisation dlments toxiques lors de la fabrication.

[ Zro mission de gaz effet de serre et de contaminants atmosphriques lors de lexploitation.

[ Faible empreinte environnementale durant le cycle de vie.

POUR EN SAVOIR DAVANTAGE

Effet photovoltaque

Types de technologies

Procds de production dnergie solaire

Ensoleillement intermittent

Insolation journalire

Cots moyens

Systmes et rseaux

Changements climatiques et qualit de lair

Analyse du cycle de vie

cosystmes et biodiversit

Sant et qualit de vie

Amnagement du territoire

conomie rgionale

Acceptabilit sociale

+


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Effet photovoltaque

Leffet photovoltaque est la conversion directe de photons lu-mineux en courant lectrique par lintermdiaire dun matriau semi-conducteur. La majorit des capteurs photovoltaques ac-tuels, base de silicium monocristallin ou polycristallin, prend la forme de panneaux et est pose plat sur les toits ddifices ou dhabitations.

La cellule photovoltaque solaire, un dispositif utilisant leffet photovoltaque, permet de convertir directement le rayonne-ment solaire en nergie lectrique. Un systme photo voltaque consiste en un ensemble de cellules montes en panneaux qui sont relis en srie, en parallle ou de faon combine.

Types de technologies

Il existe dans le monde diverses technologies photovoltaques, qui ont atteint diffrents niveaux de dveloppement.

Panneau photovoltaque

[ Silicium cristallin fines tranches coupes partir dun cristal de silicium (monocristallin) ou dun bloc de cristaux de silicium (polycristallin). Les principaux types de cellules cristallines sont la monocristalline, la polycristalline et le ruban. Leur fabrication requiert beaucoup de matire pre-mire et dnergie.

UNE RESSOURCE DURABLE

+++

+

+

+

lectrode ngative (contact avant)

lectrode positive (contact arrire)

Silicium

Couche limite

Silicium

PRODUCTION DLECTRICIT


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[ Couches minces fines couches dun matriau photosen-sible dposes sur un support (verre, acier inoxydable ou plastique). Les principaux types de matriaux sont le silicium amorphe, le tellurure de cadmium, le dislniure de cuivre et dindium ou le cuivre-indium-gallium-slnium. Leur fabri-cation requiert moins de matire premire et dnergie.

[ Cellules flexibles constitues dun dpt de matire active sur un plastique fin, rendant le tout flexible. Leur fabrication requiert un minimum de matire premire et dnergie.

Concentrateur

Un concentrateur optique focalise la lumire du soleil sur les cellules photovoltaques (places lintrieur dun collecteur) au moyen dune lentille ou de miroirs. Utilise gnralement une petite quantit de cellules multijonctions qui offrent des rendements de conversion records, dpassant 40 %.

Procds de production dnergiesolaire

Production dnergie solaire photovoltaque

[ Dispositif photovoltaque autonome alimente un sys-tme de faible puissance, comme la signalisation optique, la recharge de batterie et lalimentation des satellites.

[ Systme install sur un btiment, reli ou non un rseau lectrique alimente ce btiment. Lautopro-ducteur peut satisfaire ses besoins en nergie et vendre ses surplus un tiers.

[ Parc ou centrale photovoltaque raccorde un rseau lectrique produit de lnergie lectrique directement par effet photovoltaque.

Autres procds de production dnergiesolaire

[ Solaire passif lorientation et la fenestration de lhabita-tion ainsi que linstallation de faux murs thermiques ou de fentres lectrochromes permettent doptimiser lapport calorifique solaire pour le chauffage et la climatisation.

[ Solaire thermique gnre seulement de la chaleur et comprend lutilisation dun fluide caloporteur, de capteurs vitrs ou non vitrs ou tube sous vide ou dautres mat-riaux capteurs. Parmi les applications classiques, il y a les chauffe-eau et les chauffe-piscines.

[ Solaire hliothermodynamique le concentrateur, ou capteur solaire, utilise le rayonnement direct et rassemble celui-ci grce des feuilles mtalliques rflchissantes de diverses formes (plan, cylindre, antenne parabolique), sur une surface collectrice place au foyer. Selon le niveau de concentration, la temprature peut atteindre de 350 C plus de 1 000 C au foyer. La chaleur obtenue permet dali-menter un gnrateur de vapeur pour produire de llec-tricit. Cette technologie est la plupart du temps utilise dans les rgions dsertiques.


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Ensoleillement intermittent

Lensoleillement varie de faon importante en fonction du temps. Cela influe en proportion sur la production dnergie photovoltaque :

[ Variation journuit par une journe sans nuages, linten-sit de lensoleillement passe denviron 1 000 W/m2 au maxi-mum vers midi prs de 0 W/m2 aussitt la nuit tombe. Variation de la production prvisible.

[ Couverture nuageuse la prsence de nuages diminue lensoleillement, ce qui rduit en consquence la produc-tion dnergie. Une diminution de production peut durer de quelques secondes (journes partiellement ensoleilles) plusieurs jours (couverture nuageuse durable). Variation de la production plus ou moins prvisible.

[ Variation quatre saisons lintensit de lensoleillement journalier varie beaucoup selon les saisons sur toute la pla-nte. Dans le sud du Qubec, lensoleillement moyen jour-nalier grimpe de 50 % entre dcembre et juin, et davantage encore mesure quon augmente en latitude. Variation de la production prvisible.

Insolation journalire

Au Qubec, linsolation moyenne de la partie la plus habite (orange ple : 4,2 5 kWh/m2) est considrable. Cest plus quen Allemagne et au Japon, leur niveau dinsolation tant compa-rable celui de la partie centrale du Qubec (orange plus fonc : 3,3 4,2 kWh/m2). Nanmoins, ces deux pays sont actuellement les chefs de file du march mondial de lnergie solaire photo-voltaque.

Source : Ressources naturelles Canada.

* Insolation : quantit de rayonnement solaire direct, incident, par unit de surface horizontale expose, unniveaudonn, exprime en W/m2.

DISTRIBUTION GOGRAPHIQUE DE LINSOLATION* JOURNALIRE

MOYENNE AUQUBEC

Ensoleillement global quotidien moyen en MJ/m (kWh/m)Panneau orient vers le sud avecinclinaison

12-15 (3,3-4,2) 15-18 (4,2-5)


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Cots moyens

Depuis quelques annes, le march de lnergie solaire photo-voltaque connat une restructuration importante, ce qui a pour effet den rduire les cots constamment. Au Canada, les cots dinvestissement dun systme photovoltaque (> 100 kW) rac-cord un rseau lectrique sont passs de 1 $/kWh moins de 0,35 $/kWh sur la priode 2002-2014. La hausse de cots ob-serve pour les modules photovoltaques entre 2004 et 2008 correspond un pisode de pnurie de silicium cristallin dans le monde, qui a fait place un silicium dvelopp spcifique-ment pour lindustrie. Sur la priode 2009-2014, la production de modules photovoltaques a continu daugmenter, et les cots dinvestissement nont pas cess de diminuer. On estime que dornavant la tendance la baisse devrait se stabiliser au-tour de 0,75 $/W.

Systmes et rseaux

Les systmes photovoltaques sont raccords ou non un rseau lectrique.

Systmes raccords un rseau lectrique

[ Systme reli un btiment utilisant de llectricit.

[ Systme intgr une structure qui est raccorde un sys-tme ou un rseau lectrique (par exemple, couverture de passage public, mur antibruit).

[ Systme constitu dun ensemble de cellules montes en panneaux qui sont relis en srie, en parallle ou de faon combine au sol. Il peut couvrir une superficie de milliers ou de dizaines de milliers de mtres carrs. Ce systme de production centralise alimente un rseau lectrique.

Systmes hors rseau

Satellites artificiels, appareils portables, petits accessoires comme les calculatrices et les montres, signalisations routires, bornes de secours autoroutires, horodateurs de stationnement, relais de tlcommunications, balises maritimes ou aroportuaires, sites isols (lectrification).

Changements climatiques etqualitde lair

Pour la filire solaire photovoltaque, les missions de gaz effet de serre et de contaminants atmosphriques sont associes la fabrication et linstallation de lquipement. En exploitation, les systmes photovoltaques ne gnrent pas dmissions. Les missions attribuables la fabrication de lquipement

COTS MOYENS DUN MODULE

PHOTOVOLTAQUE BASE DESILICIUM

CRISTALLIN 1990-2013


7

6

5

4

3

2

1

0

1990 1995 2000 2005 2010 2015

Cot

s m

oyen

s en

$ U

S/W

dpendent majoritairement des types dnergies utiliss dans la rgion o sont fabriqus les composants.

Analyse du cycle de vie

Les principaux impacts environnementaux de la filire solaire photovoltaque seraient en gnral, selon lapproche du cycle de vie, lgrement suprieurs ceux de la filire hydrolectrique et des autres filires dnergie renouvelable. La dure de vie des systmes, les conditions densoleillement et la fabrication des panneaux sont les lments qui comptent le plus dans lanalyse du cycle de vie de cette filire.

Rapports complets de la Comparaison des filires de pro-duction dlectricit et des bouquets dnergie lectrique et de lACV des filires de production dcentralise dnergie lec-trique petite chelle.

cosystmes et biodiversit

Linstallation dun systme ou dun parc photovoltaque au sol pourrait avoir des impacts sur le milieu naturel : rosion, lgre modification de la couverture vgtale, etc. Le principal risque toucherait la faune, en particulier celle qui serait oblige de se dplacer en raison de la pose dune clture sur un terrain parfois dune bonne superficie. Les grands projets devraient prvoir des ouvertures et des corridors pour faciliter le passage des animaux. Parmi les effets bnfiques de la prsence de ce type dqui-pement dans les rgions arides, il y aurait la cration de zones ombrages pour la petite faune, la limitation de la population despces envahissantes et la diminution des perturbations causes par les vhicules circulant hors route.

La gne cause par la prsence dquipements photovol-taques la faune arienne (oiseaux et insectes) serait trs limite et beaucoup plus faible que celle cause par la prsence dautres types dinfrastructures. Lide selon laquelle les oiseaux aquatiques pourraient confondre les modules photovoltaques et les plans deau serait non fonde. Une tude mene en Allemagne qui por-tait sur un parc photovoltaque adjacent un immense bassin de retenue du canal Main-Danube na pas t concluante cet gard.

Le nettoyage des panneaux ncessite quantit deau, ce qui pourrait rduire la disponibilit de la ressource pour la faune et la flore dans certaines rgions. Toutefois, les besoins en eau pour la filire solaire photovoltaque seraient bien moindres que ceux de la filire thermique (par exemple, le charbon et le nuclaire).

Sant et qualit de vie

Certains composs des matriaux utiliss dans la fabrication dun systme photovoltaque, comme le tellurure de cadmium, sont proccupants sur le plan de la toxicit. Toutefois, ils sont utiliss en faible quantit lors de la fabrication et ne sont pas mis dans latmosphre pendant lexploitation. Aux tats-Unis, les missions de cadmium associes lnergie solaire sont 150 fois plus faibles que celles associes au charbon. Par ailleurs, une fois les cellules rendues la fin de leur vie utile, les mtaux peuvent tre recycls. Par contre, il existe ce jour peu de sites de rcupration prvus cet effet.

Dans les rgions non lectrifies, lutilisation de lnergie so-laire amliore la qualit de vie. Par exemple, elle sert lclairage ou permet laccs linformation (radio, tlvision et tlphonie cellulaire), ce qui peut contribuer lalphabtisation. De plus, lutilisation de lclairage lectrique et de cuisinires lectrique ou solaire est bnfique pour la sant, au contraire de lusage du bois et des produits ptroliers lintrieur des maisons, qui gnre des missions de contaminants atmosphriques.


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Amnagement du territoire

Le parc photovoltaque occupe au sol certes plus despace quun parc olien, mais son impact visuel reste moindre. En voici les raisons :

[ Sa structure horizontale atteint quelques mtres de hauteur, ce qui le rend peu visible mme pour un observateur se trouvant proximit.

[ Il prsente une gamme de couleurs passe-partout entre le bleu moyen et le gris fonc.

[ Il est immobile il na aucune pice en mouvement qui pourrait attirer lil, lattention.

souligner, une centrale solaire photovoltaque ne prend pas plus despace au sol quune centrale au charbon aux tats-Unis. En effet, sur la dure de vie dune centrale au charbon (25 ans), les activits de production et de transport occupent beaucoup despace.

Un systme photovoltaque intgr un btiment peut re-prsenter un impact visuel ou un impact sur le paysage, mais dans une moindre mesure que les systmes au sol. Plac sur un toit, il a lavantage de nutiliser aucune parcelle de terrain.

Il pourrait y avoir des conflits dusages entre les exploitations agricoles et les systmes photovoltaques. Or, les systmes pho-tovoltaques peuvent tre placs dans toutes sortes dendroits : terrains vagues, friches industrielles, abords dinfrastructures routires, ferroviaires ou aroportuaires, etc. Ils pourraient mme tre compatibles avec certaines pratiques agricoles, comme lle-vage dovins ou lapiculture et les petites cultures marachres.

conomie rgionale

Mettre en place une filire solaire photovoltaque cote cher, mais peut gnrer des emplois et des retombes cono-miques locales lors de la construction et du dmantlement de lquipement. Lexistence de cette filire, qui sert assurer lapprovisionnement en lectricit, peut favoriser le dvelop-pement rgional ou renforcer la scurit nergtique. Lnergie supplmentaire vendue un tiers ou un distributeur local peut reprsenter une nouvelle source de revenu. Les retom-bes conomiques locales peuvent tre importantes si le pro-pritaire, linstallateur et le matriel du systme photovoltaque proviennent du milieu daccueil. De plus, lentretien de lqui-pement, minimal, serait facilement ralisable par le milieu, et les ressources seraient disponibles. noter : le nombre dem-plois crs par mgawattheure produit est plus lev pour la filire solaire photovoltaque que pour la filire thermique.

Acceptabilit sociale

De faon gnrale, la filire solaire photovoltaque est bien ac-cepte par les communauts daccueil. En bref, les impacts envi-ronnementaux sur le paysage et sur la faune, lorsque bien grs, sont limits. Or, cette filire est encore peu prsente au Qubec. Certaines mesures pourraient contribuer son volution :

[ Un soutien gouvernemental aux municipalits de manire crer les conditions favorables.

[ Une meilleure connaissance des impacts potentiels des technologies en dveloppement.


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RFRENCES1. Commissariat lnergie atomique et aux nergies alternatives.

Lessentiel sur lnergie solaire. (En ligne). 2014. http://www.cea.fr/jeunes/themes/les-energies-renouvelables/l-essentiel-sur-l-energie-solaire. Site consult le 10 novembre 2014.

2. Environnement Canada. Assessment of the Environmental Performance of Solar Photovoltaic Technologies. (En ligne). 2012. http://www.ec.gc.ca/scitech/B53B14DE-034C-457B-8B2B-39AFCFED04E6/ForContractor_721_Solar_Photovoltaic_Technology_e_09%20FINAL-update%202-s.pdf. Document consult le 10 novembre 2014.

3. European Photovoltaic Industry Association. Global Market Outlook for Photovoltaics 20142018. (En ligne). 2014. http://www.epia.org/news/publications/global-market-outlook-for-photovoltaics-2014-2018/. Document consult le 10 novembre 2014.

4. Four Peaks Technology. Solar Cell Central Solar Electricity Costs. (En ligne). Sans date. http://solarcellcentral.com/cost_page.html. Site consult le 10 novembre 2014.

5. Groupe dexperts intergouvernemental sur lvolution du climat. Sources dnergie renouvelable et attnuation du changement climatique. (En ligne). 2011. http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srren/srren_report_fr.pdf. Document consult le 10 novembre 2014.

6. International Energy Agency. Technology Roadmap Solar Photovoltaic Energy. (En ligne). 2010. http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/technology-roadmap-solar-photovoltaic-energy.html. Document consult le 10 novembre 2014.

7. International Renewable Energy Agency. Renewable Energy Technologies: Cost Analysis Series Volume 1: Power Sector Solar Photovoltaics. (En ligne). 2012. http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/RE_Technologies_Cost_Analysis-SOLAR_PV.pdf. Document consult le 10 novembre 2014.

8. Ministre de lcologie, du Dveloppement durable, des Transports et du Logement, Ministre de lconomie, des Finances et de lIndustrie. Installations photovoltaques au sol Guide de ltude dimpact. (En ligne). 2011. http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Installations-photovolt-au-sol_guide_DEF_19-04-11.pdf. Document consult le 10 novembre 2014.

9. National Renewable Energy Laboratory. Best Research-Cell Efficiencies. (En ligne). 2014. http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg. Page consulte le 10 novembre 2014.

10. Photovoltaque.info. Intgration dans lenvironnement. (En ligne). 2014. http://www.photovoltaique.info/Integration-dans-l-environnement.html. Site consult le 10 novembre 2014.

11. Ressources naturelles Canada. Cartes densoleillement et du potentiel dnergie solaire photovoltaque du Canada. (En ligne). 2013. http://pv.rncan.gc.ca/index.php. Site consult le 10 novembre 2014.

12. SPIE. The business of photonics Optic.org EPIA: 37GW of solar capacity added in 2013 but new EU targets needed. (En ligne). 2014. http://optics.org/news/5/3/14. Page consulte le 10 novembre 2014.

13. Turney, D., Fthenalis, V. 2011. Environmental impacts from the installation and operation of largescale solar power plants. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 15, p. 3261-3270. (En ligne). http://www.bnl.gov/pv/files/pdf/229_rser_wildlife_2011.pdf. Document consult le 10 novembre 2014.


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Reproduction autorise avec mention de la source

Dpt lgal 4e trimestre 2014 Bibliothque et Archives nationales du Qubec ISBN : 978-2-550-72002-7

2014G351-4

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