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Colloque AMEMP/SDIS13

Les enjeux du photovoltaïque

Intérêts et risques

ENERGIES NON GENERATRICES DE GAZ A EFFET DE SERRE

PÔLE DE COMPETITIVITE NATIONALPÔLE REGIONAL D’INNOVATION ET DE DEVELOPPEMENT ECONOMIQUE SOLIDAIREPÔLE D’EXCELLENCE DE CORSE

17 octobre 2011

L’énergie solaire et ses applicationsPatrick Bouchard

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Sommaire

Promouvoir les solutions énergétiques sans gaz à effet de serre

• Quelques mots sur le pôle Capenergies

• Les filières technologiques du solaire

• Les perspectives du PV

• Les orientations de Capenergies

• Exemples de projets

• Les attentes de Capenergies

Intervention de Denis Blanquet sur le solaire PV et la plateforme Megasol

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La vocation de Capenergies

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9 domaines d’activité pour répondre aux enjeux énergétiques

Énergies primaires renouvelablesÉnergies primaires renouvelables

Solaire 1 domaine

Éolien 1 domaine

Biomasse 1 domaine Bioénergies

Hydraulique 1 domaine Énergies de la mer Géothermie

Énergies primaires nucléairesÉnergies primaires nucléaires

Fission 1 domaine Fusion 1 domaine

ENERGIES PRIMAIRESENERGIES PRIMAIRES GESTION DE LA GESTION DE LA CONSOMMATIONCONSOMMATION

Hydrogène 1 domaine Vecteurs énergétiques Stockage d'énergie

Maîtrise de la demande en énergieMaîtrise de la demande en énergie(Hors production d'énergie)

Bâtiments 1 domaine Équipements Transports Processus industriels

Couplage et intégrationCouplage et intégrationdes systèmes énergétiquesdes systèmes énergétiques

Plate formes de couplage 1 domaine Réseaux électriques

EQUILIBRE DE L’OFFRE ET DE LA DEMANDEEQUILIBRE DE L’OFFRE ET DE LA DEMANDE

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Croissance continue du nombre de membres

> 510 membres (cotisants + laboratoires) sur la thématique de l’énergie

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Un réseau de membres et partenaires

10 3

43

117

221650

57

3

49

50

Répartition géographique

Alpes de Haute ProvenceHautes AlpesAlpes MaritimesBouches du RhôneVarVaucluseAutres départementsCorseMonacoGuadeloupeRéunion

9% 6%

85%

Répartition des industriels

Grands Groupes

PME > 250

PME < 250223

2020

16 42

Répatition par collège

Indutriel

Formation

Recherche

Financier

Partenaire

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L’ambition de Capenergies

Etre le pôle de référence national, reconnu au niveau international pour

une approche intégrée de l’énergie sans gaz à effet de serre

• intégration et couplage des énergies non carbonées sur les systèmes isolés ou insulaires, et sur les zones de fragilité des grands réseaux interconnectés,

• développement des Energies Renouvelables garanties et des solutions d’insertion des Energies Renouvelables intermittentes

• développement de la Maîtrise de la Demande en Energie adaptée à nos territoires

•compétitivité et développement des filières industrielles (PME, laboratoires de recherche), au service de l’attractivité, du développement scientifique et économique de ses territoires

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Les missions de Capenergies

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Aider au développement de projets innovants

• Contribuer à la réalisation de projets innovants en s’appuyant sur nos forces et mettre en œuvre des projets structurants centrés sur nos thématiques d’excellence,

415 projets examinés, 384 projets labellisés, 178 projets financés à date

Une typologie de projets couvrant les différentes maturités (TRL de 1 à 9), les projets structurants et les projets exemplaires

Projets d’innovation visant à augmenter les performances et réduire les coûtsProjets de plateformes technologiques ou de service Projets de démonstrateursProjets industriels Projets à valeur d’exemple ou de vitrine

Projets de formation

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Rapport d’activités 2005 - 2010

Capenergies : les 4 domaines les plus actifs représentent 80% du nombre de projets

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Rapport d’activités 2005 - 2010

Capenergies : une forte contribution de l’ANR et des collectivités au financement des projets (en nombre)

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Animer le réseau de membreset accompagner les PME

• Animer les domaines en réunissant entreprises, laboratoires, formateurs et territoires,

• Soutenir les PME, dans leur croissance:• Levée de fonds,• Propriété intellectuelle,• Industrialisation,• Gestion des compétences,• RSE• Accès à l’international

• Faciliter l’accès des PME aux grands programmes et leur développement commercial par la mise en place d’outils de communication

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Dynamiser l’action du pôle sur ses axes prioritaires,

• Eclairer et soutenir les politiques énergétiques territoriales, nationales et européennes

• Cartographier les filières, identifier les forces et faiblesses, rapprocher besoins des territoires et position des membres,

• Coopérer de façon ciblée avec les autres Pôles/Prides

• Cibler et développer les coopérations internationales,

• Cibler et développer les formations

• Valoriser le label Capenergies pour que les membres puissent s’en prévaloir. Valoriser l’action et l’image de Capenergies par la preuve,

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Positionner Capenergies dans une vision régionale et nationale en collaboration avec d’autres pôles

Comité de coordination des pôles Energie (Tenerrdis, Derbi, S2E2)

Collaboration étroite avec Tenerrdis sur filières industrielles, programmes structurants et « KIC Innoenergy »

Collaboration avec MER PACA sur les énergies marinesCollaboration avec Pegase sur énergies et aéronautique

Interpôle PACA sur les Solutions durables pour villes côtières (Risques, Mer PACA, SCS)Interpôle PACA CORP sur programmes structurants (Pegase, Risques, Optitec)

Partenariat étroit avec les Agences de Développement Economique départementales pour l’implantation d’entreprises sur nos territoires

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Les filières technologiques solaires

ThermiqueThermodynamiquePhotovoltaïque

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Contexte : Les technologies solaires

• Solaire Photovoltaïque (du petit système électrique autonome aux grandes centrales)

• Solaire Thermique (Eau chaude sanitaire, chauffage habitat)

• Solaire à Concentration Thermodynamique (Centrales du désert)

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Le solaire thermique - Applications

Types d’application• Eau chaude sanitaire (CESI)• Chauffage de l’habitat par plancher basse

température• Piscines• Rafraîchissement (tubes sous vide uniquement)• Centrales Thermodynamiques basse température

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Le solaire thermique - Principe

• Conversion du flux lumineux en chaleur basse température

• De 20°C à 120°C• Absorbeur métallique avec

couche peu émissive (noir)• Collecteurs à air ou à eau

glycolée• Capteurs plans vitrés ou non

(effet de serre)• Tubes sous vide (évite les

pertes par conduction)• Fonctionne avec le flux direct +

fort albédo

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Le solaire thermique - Marché

• Chauffage Habitat : Europe• ECS : Europe + Méditerranée• Rafraichissement : Méditerranée• Centrales : Méditerranée• Dessalement : Méditerranée

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Le solaire à concentration - Principe

Concentration par miroirs de la lumière vers un foyer

Conversion du flux lumineux en chaleur haute température

3 types de concentrateurs :

– Cylindro – parabolique et Fresnel (250°C à 400°C)

– Tour(450°C à 1000°C)

– Parabolique(600°C à 1200°C)

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Solaire à concentration –Réalisations

Centrales cylindro-paraboliques9 centrales en service depuis 1984 en

Californie P = 354 MW

Centrales FresnelEn développement

Centrales à tour2 de 20MW en service en Espagne

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Le solaire à concentration - Contraintes

Source: C. Philibert (1991)

Source: DLR (2001)

Fonctionne exclusivement avec le flux direct utilisation dans zones arides à forts ensoleillements (direct normal > 2000 kWh/m2/an)

Concerne néanmoins 70 villes de plus de 1 millions d’habitants

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Le Solaire Photovoltaïque - Principe

• Effet photovoltaïque = interaction des photons lumineux avec des électrons d’un matériau semi-conducteur.

• Observé dès 1839 par le physicien français Antoine César Becquerel

• Valeurs types pour une cellule polycristalline 100 cm2 sous 1000W/m2 : • Vco 0,6V Icc 3A (proportionnel à l’éclairement)• Vmpp 0,5V Impp 3A• Pmpp 1,5W Rendement cellule 15%

Couche anti-refletCouche anti-reflet

Silicium dopé nZone de jonctionSilicium dopé p

-

+

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Filière solaire

Equipementiers / process

Ingénierie / installation

Production / gestion

Matériaux / Composants

Recherche

V e s t aS y s t e mV e s t a

S y s t e m

ENRpool

Panneaux solaires

Equipements pour PV

Ainelec

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Les perspectives du solaire PV

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Quelques chiffres sur la filière photovoltaïque

• Puissance PV installée dans le monde 38 000 MWc en croissance de 16 000 MWc installés en 2010,

• Dont 29 300 MWc en Europe, soit une production de 22,5 TWh en augmentation de 120% par rapport à 2009,

• Puissance PV cumulée en Allemagne 17 370 MWc dont 50 MWc off grid,

• À comparer à 1 054 MWc en France dont 29 MWc off grid (5 ième rang des pays d’Europe)

• Puissance PV par habitant en Allemagne 212 Wc/hab à comparer à 16 Wc/hab en France (10 ième rang en Europe, moyenne EU à 58,5 Wc/hab)

Chiffres 2010, sources Eurobserv’Er – avril 2011

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Comparaisons à l’échelle de l’Europe

PV = 2% de l’électricité en Allemagne

4 GWc en attente de raccordement en Italie

La France en retard

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La production photovoltaïque dans le monde

> 27 GWc de production mondiale en 2010

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Les perspectives de la filière photovoltaïque

> 100 GWc de production mondiale en 2020

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Les orientations de Capenergies•Sur le solaire

•Sur l’intégration du solaire dans les « smart energy grid »•Sur le stockage de l’énergie

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• Opportunités d’innovation et de marchésPhotovoltaïque :

• La technologie classique des cellules photovoltaïques en « couche épaisse » est concurrencée par de nouveaux concepts, dits « en couches minces ». Leurs rendements restent à améliorer.

• Pour des raisons de contraintes d’espace, le développement du solaire devra concerner d’autres surfaces déjà disponibles.

Thermique :• Des évolutions technologiques sont notamment à envisager pour

réduire les coûts dans des process de fabrication de masse des capteurs.

Thermodynamique : • Le solaire thermodynamique présente des atouts importants

(coûts de production, capacité de stockage) et peut encore faire l’objet d’innovations significatives, notamment en technologie Fresnel et en stockage.

Solaire photovoltaïque/thermique/thermodynam

ique


• Orientations stratégiques des projets

• Développement et structuration d’une filière industrielle PV régionale s’appuyant notamment sur les installations en cours (Nexcis, Tournaire Solaire Energie, Solaire direct, Komax, Checkup Solar) et les acteurs de la micro-électronique (STMicroélectronics, Atmel…).

• Optimisation des systèmes basés sur le solaire thermique

• Déploiement de démonstrateur de production

• Proposition de projets industriels dans le cadre du Plan Solaire Méditerranéen

• Projet de plateforme technologique MEGASOL solaire PV et solaire thermodynamique avec ou sans concentration

Solaire photovoltaïque/thermique/thermodynam

ique

« Le Solaire » au sein de Capenergies:« Le Solaire » au sein de Capenergies:•78 membres cotisants•33 projets financés


L’insertion du solaire dans les réseaux énergétiques intelligents

• Opportunités d’innovation et de marchés• Insertion massive d’ ENR sur les réseaux électriques dans une approche

cohérente des ENR, du stockage et de la gestion de l’efficacité énergétique• Acquisition d’un savoir-faire spécifique sur ces thématiques (du capteur au

moyen de présentation au client)

• Orientations stratégiques des projets A partir des enseignements du projet PREMIO, les développements

concernent :• Le « smart home »• Les systèmes interconnectés• Le stockage de l’électricité et de la thermique• Le pilotage dynamique• Le service associé• La sécurisation électrique d’un territoire• L’autonomie énergétique d’une ile

« Les réseaux énergétiques intelligents » au sein « Les réseaux énergétiques intelligents » au sein de Capenergies:de Capenergies:•27 membres cotisants•38 projets financés

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Exemple d’applications de stockage des EnR

• Lissage de la production : pour une production EnR moins variable

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200,00

400,00

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800,00

1 000,00

1 200,00

190000 195000 200000 205000 210000 215000 220000 225000 230000 235000 240000

Puissance PV initiale

Puissance PV lissée avec unmoyen de stockage

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Exemple d’applications de stockage des EnR

• Optimisation de la prévision EnR : le stockage est un tampon permettant une production EnR en temps réel égale aux prévisions (à J-1 par exemple)

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Puissance éolienne prévue

Puissance éolienne réelle

Stockage

Déstockage

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Stockage d’énergie : Les différentes réserves du réseau

• Réserves primaires (décentralisées)Équilibrer consommation et productionStabiliser la fréquence du réseauTemps de réponse : <0,5s (insulaire)Durée de sollicitation : 15 minutes

• Réserves secondairesReconstituer les réserves primairesRetrouver la fréquence nominaleTemps de réponse : 100 à 200sDurée de sollicitation : jusqu’à 30 minutes

• Réserves tertiairesReconstituer les réserves primaires et secondairesRecaler les programmes de productionÉliminer les surcharges réseauObtenir l’optimum économique de la répartition de productionDurée de sollicitation : plusieurs heures

Supercapacités

Réponses rapides

Volants d’inertie

Batteries

Grandes autonomies

Hydraulique gravitaire

Pneumatique

Hydrogène

Sources : EDF, GEE

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Electric Energy Storage - Technology benchmark

Source:

Source: SIEMENS 2010 presentation to EU Workshop

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Exemples de projets SolcisMyrte

Solairemed

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Solaire photovoltaïque

> Exemples de projets de R&D financés en 2010, structurant pour des filières industrielles du pôle CAPENERGIES

• Projet SOLCIS: • Porté par la PME Nexcis, le projet SOLCIS associe 7 autres

entreprises (Amplitude Systèmes, Eolite Systems, Komax, Mondragon Assembly, Qualiflow-Therm, Rescoll et Solems) et 6 laboratoires publics (Armines, CMP, IM2NP, IRDEP, LCP et LP3 ).

Le projet vise à développer deux nouvelles générations de modules photovoltaïques « couches minces » (CIGS).

• Aide OSEO dans le cadre du Programme ISI (Innovation Stratégique Industrielle ) de 9,8 M€ sur un programme de 2 ans d’un coût total de 24,8 M€.

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Projet MYRTEEcrêtage de pointes sur un réseau insulaire

Préfecture de Corse

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2006-2009

Etudes préliminaires

Spécifications techniques et montage du projet

T3 2009

Spécifications finales du système

Démolition de l’ancienne centrale solaire

T2 2011

Démarrage de l’unité de stockage de 100kW / 1750 kWh

2011-2013

R&D : Validation, expérimentation, modélisation

Augmentation de la puissance à 200kW

2013-2015

Retour d’expérience

Expérimentation de différentes applications

100kW installés

Stockage de 3.5MWh installés

Le projet MYRTE

280

290

300

310

320

330

340

350

360

370

380

390

400

410

420

430

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D T

P

D T'

P'

zone 2

zone 1

Peak Shaving• Démonstration de puissance de

stockage d’énergie photovoltaïque• Centrale PV : 550kWc• Tranche 1 : 100kW / 1,75 MWh• Tranche 2 : 200kW / 3,5 MWh• Récupération de chaleur :

cogénération à basse température (60-80°C)

• Stockage de l’énergieHydrogène : 2800 Nm3 (~250kg)Oxygène : 1400 Nm3 (~ 2000kg)Pression de stockage : 35bars

Ecrêtage de pointes

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Exemple d’un projet structurantProjet Myrte: stockage pour les EnR intermittentes

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Projet SOLAIREMED - IQSUN MB

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Les attentes de Capenergies pour ce colloque

• Intégrer les besoins en sécurité afin de contribuer à faire émerger des projets répondant à ces besoins,

• Adapter et proposer des plateformes pour de l’expérimentation et de la formation,

• Améliorer notre compréhension et notre capacité à orienter nos parties prenantes (membres, collectivités,…)

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Avec le soutien de…

3 membres porteurs

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