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Douze panneaux photovoltaïques pour toitures d'usines

ELISABETH FEDER redaction@industrie-technologies.com
Dans le contexte actuel du développement des énergies renouvelables, les usines, avec leurs toitures de grandes tailles, se prêtent tout naturellement à l'installation de centrales photovoltaïques. Malgré une réglementation tarifaire moins favorable que par le passé, un tel projet, en construction neuve ou en rénovation, reste rentable grâce à la baisse des prix des panneaux photovoltaïques et à l'amélioration constante de leurs performances.

Les tarifs d'achat de l'électricité photovoltaïque fixés en 2006 ont suscité à la fois le décollage du marché du solaire en France et l'émergence d'une industrie locale. En parallèle, une multitude de fournisseurs étrangers de panneaux photovoltaïques ont investi l'Hexagone. Les usines se sont emparées de cette énergie renouvelable, considérée comme la plus facile à installer, pour réduire leur facture énergétique et leur dépendance en énergies fossiles toujours plus coûteuses. C'est ce qui a motivé Toyota, en 2008, à équiper la toiture d'un bâtiment de son usine d'Onnaing (Nord) d'une membrane photovoltaïque en silicium amorphe d'Uni-Solar sur une surface de 1 020 m2. À Nomexy (Vosges), près de Nancy, Ecologgia Construction, un spécialiste des ossatures bois pour bâtiments tertiaires, a pour sa part installé 1 048 panneaux photovoltaïques pour une puissance totale de 236 kWc (le watt-crête est l'unité de mesure représentant la puissance maximale d'une cellule photovoltaïque en conditions standards) lors de la rénovation de sa toiture, sans arrêter le fonctionnement de l'atelier.

Panneaux cristallins ou amorphes

Pour les bâtiments industriels, il existe trois types de toitures : les toitures terrasses ou à très faible pente, les toitures inclinées et les toitures shed (toiture à redans partiel dite en dents de scie). Chacune impose des contraintes propres auxquelles les différentes technologies de panneaux photovoltaïques s'adaptent plus ou moins. Deux grandes familles technologiques de panneaux photovoltaïques sont disponibles pour l'industriel. Les modèles à cellules solaires en silicium cristallin représentent aujourd'hui 85 % du marché, et comptent le plus de fournisseurs. Parmi eux, ceux en silicium monocristallin affichent les meilleurs rendements de conversion, jusqu'à 20 % en haut de gamme, contre 14-16 % en moyenne pour ceux dotés de cellules en silicium polycristallin. Ils s'installent le plus souvent sur les toitures en pente. Une inclinaison à 30° et une orientation plein sud permettent d'obtenir la productivité maximale. Ils peuvent aussi être posés à plat, avec une productivité de l'ordre de 90 %, et orientés à l'est ou à l'ouest, voire à la verticale auquel cas la productivité est réduite de moitié.

Deuxième grande famille : les panneaux photovoltaïques à couches minces sur substrat verre, plastique ou métal. Ils sont adaptés aux zones plus nordiques parce qu'ils captent mieux la lumière diffuse. Elle se subdivise en différentes technologies. Le silicium amorphe propose le plus faible rendement, 5 à 7 %. Ses variantes plus puissantes (jusqu'à 8,5 % chez Sharp), allient une couche de silicium amorphe et une couche de silicium microcristallin, pour constituer des cellules dites tandem ou micromorphes. Cette technologie est intéressante pour les toitures de grande taille, en particulier en terrasse, où la surface compense le faible rendement. Les panneaux en couches minces de type CIS/CIGS (cuivre, indium, gallium, sélénium ou soufre), sont, eux, intégrables en façade comme en toiture. Ils deviennent disponibles à des prix intéressants, grâce à l'augmentation des volumes produits. La technologie CdTe (tellurure de cadmium), fabriquée en très gros volumes, surtout par l'américain First Solar, est la moins coûteuse par watt-crête de toutes les solutions, à l'heure actuelle. L'utilisation du cadmium est réservée aux centrales au sol. Il est autorisé dans les panneaux photovoltaïques mais interdit dans l'électronique à cause de sa dangerosité. Un module classique en silicium cristallin coûte aujourd'hui entre 1,10 et 1,50 euro/Wc. Le prix des membranes photovoltaïques évolue également à la baisse : de 2,50 euros/Wc il y a trois ans, il est désormais inférieur à 1,30 euro/Wc, et pourrait passer à 0,75 euro/Wc d'ici à deux ans.

Construction neuve ou rénovation, couverture totale ou partielle, sont autant de caractéristiques qui, avec l'orientation du bâtiment et l'ensoleillement, viennent spécifier un projet de toiture industrielle en énergie photovoltaïque. Le tri entre les différentes technologies de panneaux solaires dépendra de ces critères, au-delà du type de toiture et de bâtiment à couvrir et du montant de l'investissement souhaité. « Dans une construction neuve, une toiture photovoltaïque remplace une toiture classique et s'étudie très en amont lors de la conception du bâtiment, avance Éric Laget, cofondateur de la société de conseil Idesun. En rénovation, il faut raisonner avec le plus apporté par le photovoltaïque à l'occasion de travaux qui de toute façon doivent être réalisés. » Pour fixer les panneaux, trois types de structures existent. Ils peuvent être montés, cadrés ou sans cadre, sur des profilés drainants qui effectuent la jonction avec la charpente en intégré. Un deuxième montage consiste en leur surimposition sur une sous-face en métal, plastique ou composite pour l'étanchéité. Enfin, le montage dit en intégration simplifiée, utilise des bacs de couverture métallique ou des rails avec collage ou fixation transversale des panneaux photovoltaïques.

Une opération rentable malgré la baisse des tarifs de rachat

Une fois l'installation achevée, l'industriel devenu fournisseur d'électricité peut bénéficier d'un tarif d'achat pendant 20 ans par EDF, via un contrat d'obligation d'achat. Pour les équipements de moins de 100 kW de puissance (environ 750 m2 de panneaux), le photovoltaïque reste intéressant malgré des tarifs d'achat moins favorables depuis mars 2011 et un retour sur investissement plus long, grâce à la baisse continue des prix des panneaux. Les toitures industrielles peuvent aisément abriter des puissances photovoltaïques plus grandes. Les projets supérieurs à 100 kW sont, eux, soumis à des procédures d'appels d'offres avec un plafonnement annuel des puissances installées. L'objectif du gouvernement est de voir arriver sur les toits 120 MW par an pour les projets sur bâtiments de 100 à 250 kWc, et 180 MW par an pour les projets sur bâtiments de puissance supérieure à 250 kWc. Industriels, à vos marques...

GROSSE CAPACITÉ

En 2010, le marché français potentiel de toitures non résidentielles équipables en photovoltaïque s'élevait à 18,9 millions de mètres carrés. Source : B+L Marktdaten

EDF achète moins cher l'électricité produite

Afin d'encourager le déploiement du photovoltaïque, le tarif d'achat, par EDF, de l'électricité produite a été porté à 0,55 euro par kWh pour le photovoltaïque intégré au bâti et à 0,30 euro par kWh pour le photovoltaïque surimposé au bâti en 2006, contre un tarif unique de 0,15 euro par kWh auparavant. La forte explosion du marché en 2009 et 2010 a conduit les autorités à réduire les tarifs d'achat à plusieurs reprises depuis 18 mois (voir tableau ci-contre). La puissance annuelle susceptible d'être installée a été limitée à 500 MW/an, tous types d'installation confondus. Des contraintes ont en outre été ajoutées, notamment pour l'intégré au bâti : le système photovoltaïque doit être installé dans le plan de la toiture, avec une tolérance de dépassement de 60 millimètres jusqu'à fin 2011, et de seulement 20 millimètres après. L'industrie française du photovoltaïque, et le marché, souffrent de cette évolution qui freine les décisions d'investissements.

LE PLUS PUISSANT

E20 / 333 DE SUNPOWER Ce panneau photovoltaïque transforme le plus de photons en électrons de toute l'offre disponible à ce jour, avec 333 W obtenue par une surface de 1,6 m2, soit 200 W/m2. Le rendement surfacique élevé est obtenu grâce aux 96 cellules solaires réalisées dans une technologie propriétaire de Sunpower, à contact arrière. Les cellules affichent un rendement de conversion de 22,9 %, qui aboutit à 20,4 % au niveau du panneau. Le petit-frère de 327 W a un rendement de 20,1 %. Le tout pour un poids de 18,6 kg, sensiblement identique à celui de nombreux panneaux de moindre puissance. FICHE TECHNIQUE Prix 1,20 à 1,40 euro/Wc selon les volumes commandés Poids 18,6 kg/panneau, soit 11,4 kg au m2 Charge mécanique maximale 550 kg/m2

LE PLUS LÉGER

PVL D'UNI-SOLAR Les panneaux photovoltaïques PVL de la société américaine Uni-Solar se déclinent en trois puissances, 68 W, 136 W et 144 W. Les offres systèmes disponibles combinent une membrane d'étanchéité, en bitumine ou en polymère, et une deuxième couche intégrant les panneaux photovoltaïques, pour un poids total, fixation comprise, qui reste inférieur à 10 kg, soit plus de deux fois moins que les panneaux photovoltaïques en silicium ou CIS. Cette offre « poids plume » est donc particulièrement adaptée aux toitures terrasse à faible capacité de charge, où elle est intéressante en dépit des rendements modérés du silicium amorphe. FICHE TECHNIQUE Prix 1,30 euro/Wc Poids 7,7 kg/panneau, soit 3,5 kg au m2 Charge mécanique maximale 475 kg/m2

LE PLUS RAPIDE RETOUR ÉNERGÉTIQUE

PEAK ENERGY DE REC SOLAR Issus d'une production verticalement intégrée, les panneaux photovoltaïques de la série Peak Energy contiennent des cellules solaires faites à partir d'un silicium polycristallin granulaire obtenu grâce à un procédé propriétaire, deux fois moins coûteux que les procédés habituels. Ils affichent un retour énergétique d'un an seulement, c'est-à-dire que, dans une installation photovoltaïque, ils produisent en une année autant d'énergie qu'il a fallu pour les fabriquer, du silicium au panneau final. Soit près de deux fois moins que les autres panneaux en silicium. Une conception soigneuse de la cellule solaire augmente par ailleurs de 6 % la transmission de la lumière. FICHE TECHNIQUE Prix 1,15 euro/Wc Poids 18 kg/panneau, soit 10,9 kg/m2, l'un des moins lourds dans cette catégorie de puissance Charge mécanique maximale 551 kg/m2

LAURENT PELLETIER DIRECTEUR GÉNÉRAL D'ACTION PIN, FABRICANT DE DÉRIVÉS DE LA RÉSINE DU PIN, À CASTETS (LANDES)

« Pour notre projet photovoltaïque, le fournisseur Solarezo répondait à la fois au critère de proximité exigé par notre engagement dans le développement durable, et à nos souhaits en termes d'expertises techniques, de rapidité d'intervention et de coûts. Aujourd'hui, nous sommes pleinement satisfaits de l'investissement de 1,5 million d'euros réalisé. Les 1 387 modules de 210 watts-crêtes en silicium polycristallin installés sur 2108 m2 de toitures assurent environ 50 % des besoins de l'usine de Castets. Soit une puissance de 291 270 Wc au total, pour une production utile évaluée à 300 MWh/an. »

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