SOCIETE MONT-SOLEIL C/O BKW FMB ENERGIE SA
Mont-Soleil, le 2 juin 2010
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Seul le discours prononcé fait foi.
Recherche et développement dans le domaine du photovoltaïque à Mont-Soleil: bilan et perspectives Rudolf Minder, responsable Recherche, Société Mont-Soleil Introduction Il y a 20 ans, l’utilisation du photovoltaïque pour produire de l’énergie en était à ses premiers balbutiements. C’était l’époque des Géo Trouvetout à l’ingéniosité et à l’enthousiasme débordants. A l’époque, de nombreux experts doutaient que la technologie photovoltaïque atteigne un jour un prix abordable, comme les partisans du solaire le prédisaient alors. Si l’on se référait aux processus traditionnels de l’industrie des semi-conducteurs, il semblait effectivement très difficile d’atteindre de telles réductions de coûts. Tout le monde s’accordait alors à dire que seules des technologies radicalement nouvelles telles que les cellules à couche mince, les cellules à pigment photosensible et les processus photochimiques permettraient de produire à long terme de l’énergie à des prix compétitifs. Un tournant s’est amorcé vers 1990 avec la mise en service de quelques grandes installations en Californie, qui ont pu bénéficier d’aides publiques et de la volonté des fabricants de vendre leurs cellules à des prix inférieurs à leurs coûts de production afin de stimuler le marché. Dans le domaine des centrales solaires, la pensée dominante misait à l’époque sur les processus thermiques. Le potentiel du photovoltaïque était alors seulement reconnu dans le domaine des petites installations. Dans un tel contexte, la décision prise par un groupe composé de distributeurs d’énergie et de sociétés industrielles de fonder la Société Mont-Soleil et de construire en Suisse une première centrale photovoltaïque représentait un acte pionnier, dont l’impact est encore visible aujourd’hui. Dès le début, la recherche et le développement ont été inscrits au cœur du projet de la centrale solaire de Mont-Soleil, au même titre que la collaboration avec des experts nationaux et internationaux des hautes écoles et de l’industrie. Concept En raison du manque d’expérience dans le domaine, les travaux de développement ont commencé dès la phase de planification du projet. Plusieurs processus d’optimisation ont été mis au point, notamment pour trouver le meilleur emplacement pour les modules sur la surface disponible. L’impact environnemental a également été pris en compte: le projet a ainsi été Entreprises partenaires: BKW FMB Energie SA, Axpo Holding AG, Centralschweizerische Kraftwerke AG, AEW Energie AG, Energie Wasser Bern, ABB Suisse SA, AEK Energie AG, EBM Energie AG, Groupe E SA, onyx Energie Mittelland.
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optimisé suite à des entretiens avec les organisations locales de protection du paysage et du patrimoine. Les coûts liés à l’énergie grise ont été réduits autant que possible, par exemple en utilisant pour les fondations les déblais provenant d’un chantier de tunnel situé à proximité. La protection contre la foudre et la liaison équipotentielle ont été réalisées avec du cuivre provenant d’anciennes lignes aériennes. Il était également très important que le terrain de la centrale puisse par la suite être rendu aux agriculteurs en tant que pâturage. Les différentes mesures citées ont contribué à ce que le projet soit parfaitement accepté au niveau local et puisse être réalisé sans rencontrer d’oppositions. Programme de recherche et de développement Outre l’élaboration de processus de planification, un important travail de développement a été réalisé sur l’onduleur avant la construction de l’installation. Il a donné lieu à une collaboration intense entre les planificateurs d’Elektrowatt, le fournisseur ABB et l’HES Zurich, où des études de conception et des calculs de simulation ont été réalisées. Pendant la première année de mise en service de l’installation, la recherche s’est principalement intéressée à la mesure et à l’analyse des données d’exploitation. Ces tâches ont été confiées à l’école d’ingénieurs de St-Imier, avec le soutien de l’Office fédéral de l’énergie. Au cours de cette phase s’est instauré un échange soutenu d’informations entre planificateurs et exploitants d’importantes installations photovoltaïques, notamment dans le cadre de projets de l’Agence internationale de l’énergie et de l’Union européenne. Le programme de recherche a ensuite été étendu à l’étude de petits systèmes ainsi qu’à la comparaison de différentes technologies dans la zone de test de Mont-Soleil. Celle-ci accueille en permanence des modules intégrant des technologies dernière génération provenant du Japon, des Etats-Unis, d’Allemagne, de Grande-Bretagne et de Suisse. Jusqu’ici, plus d’une trentaine de produits différents ont été testés. Les résultats des travaux de recherche ont été rendus publics lors de conférences nationales et internationales. Ils ont vivement intéressé les concepteurs de modules et d’onduleurs en particulier, car ils fournissent des indications de premier choix pour l’évolution de leurs produits. Ainsi, les travaux ont démontré que le rendement des modules de différentes technologies variait considérablement en fonction du rayonnement et de la température. Depuis une dizaine d’années, l’installation fait l’objet de mesures techniques réalisées par la HES Berthoud dans le cadre d’un vaste programme de recherche. Mené sur plusieurs années, ce programme vise à étudier l’évolution à long terme de tels systèmes et d’évaluer la durée de vie des modules et de leurs composants. En parallèle, la Société Mont-Soleil a dirigé ses propres expérimentations sur l’installation, en recourant notamment à la thermographie. Il a été ainsi démontré que même si des marques de vieillissement apparaissaient ponctuellement, la durée de vie de 25 ans prévue originellement pouvait être atteinte sans problème. Depuis plusieurs années, la Société Mont-Soleil apporte également son soutien au programme «Photovoltaic Power Systems» de l’Agence internationale de l’énergie, qui représente une excellente plateforme pour le partage d’informations au niveau international. D’autres travaux intéressants ont pu être menés en collaboration avec le projet d’avion solaire «Solar Impulse» de Bertrand Piccard, tels que des mesures sur des modules tests dans la station de recherche de haute altitude du Jungfraujoch. La Société Mont-Soleil soutient également une dizaine d’autres travaux de recherche en collaboration avec des hautes écoles et des entreprises privées.
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Au cours des 20 dernières années, quelque 4,5 millions de francs ont été investis dans des projets de recherche en lien avec Mont-Soleil, la moitié environ par la Société Mont-Soleil. A titre de comparaison, le budget que l’Office fédéral de l’énergie consacre chaque année à la recherche dans le domaine photovoltaïque s’élève à environ 1,5 million de francs. Depuis 10 ans, la collaboration avec les hautes écoles spécialisées, les universités, les instituts de recherche et les entreprises privées a permis d’aboutir à des conclusions intéressantes, qui ont souvent pu trouver une application concrète grâce aux liens étroits noués entre développeurs, utilisateurs et fabricants. Résultats et mise en œuvre Depuis sa création, la Société Mont-Soleil communique ouvertement les résultats de sa politique de recherche et de développement. Ses conclusions sont ainsi exploitées dans de nombreux projets nationaux et internationaux. En Suisse, différents projets de photovoltaïque menés par des partenaires de la Société Mont-Soleil ont pu profiter des résultats de tests réalisés par cette dernière. Nous citerons notamment le projet du Stade de Suisse et de MobiCat, le catamaran propulsé à l’énergie solaire situé sur le lac de Bienne. De nombreuses demandes provenant de l’étranger portent sur les expériences menées sur les installations électrotechniques, les équipements de sécurité et sur celles concernant la protection contre la foudre. Le montage du module par collage continue également de susciter un vif intérêt, de même que les résultats de la zone de test. Les résultats des projets de l’HES Berthoud soutenus par la Société Mont-Soleil ainsi que le programme «Photovoltaic Power Systems» de l’Agence internationale de l’énergie ont fait l’objet d’exposés lors de conférences et ont été largement diffusé sur Internet. Développement du photovoltaïque de 1990 à 2010 En 1990, le photovoltaïque existait principalement sous la forme de petites installations alimentant des consommateurs isolés, le seul secteur qui s’avérait être économiquement intéressant. Il a fallu attendre une baisse notable des coûts pour que des installations raccordées au réseau se développent à plus grande échelle. L’introduction de mesures d’encouragement publiques au Japon, en Allemagne ou en Espagne par exemple, a favorisé la construction d’installations raccordées au réseau, suscitant même un véritable boom. De nouveaux constructeurs, venus d’Asie essentiellement, ont conquis le marché et supplanté de nombreuses entreprises établies depuis longtemps. Il y a 20 ans, les modules totalisaient à travers le monde une capacité de production de quelque 45 MW par an. En 2009, le chiffre avoisinait les 7,2 GW, soit un taux de croissance annuel moyen d’environ 28%. Cette hausse a permis de réduire sensiblement les coûts de fabrication (environ 6% par an en moyenne). Jusqu’à récemment, le marché du photovoltaïque était dominé par la technique des cellules en silicium cristallin, comme celles utilisées à la centrale solaire de Mont-Soleil. De nos jours, un nombre croissant de fabricants proposent des cellules à couche mince, dont le rendement ne peut certes pas encore rivaliser avec celui des cellules en silicium cristallin, mais qui présentent des coûts de production nettement inférieurs. Produits en grande quantité, les modules cristallins pour installations de plusieurs MW reviennent à environ 2 USD par watt, tandis que les modules à couche mince fabriqués en Asie coûtent seulement 1 USD par watt. Si l’on observe l’évolution du rendement des cellules cristallines, force est de constater qu’il s’est considérablement amélioré depuis 1990. Aujourd’hui cependant, ce ne sont plus les produits
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affichant un rendement très élevé, tels que les cellules à contact arrière, qui tiennent le haut du pavé, mais les produits de masse bon marché. Leur prix est inférieur de 10 à 20% comparé à celui des modules utilisés dans l’installation de Mont-Soleil.
Perspectives Les programmes d’encouragement mis en œuvre dans de nombreux pays – en particulier en Allemagne et en Espagne – ont sensiblement stimulé le marché photovoltaïque au cours des dernières années. Conséquence: les capacités de production ont considérablement augmenté, notamment en Asie. Cependant, les récentes restrictions touchant le programme espagnol pour raisons économiques ont également montré l’extrême volatilité de ce marché, qui risque de chuter fortement au moindre changement. Mais bon nombre de pays continuent à soutenir des programmes de ce type et des grands pays tels que la Chine ou les Etats-Unis entendent intensifier leur politique en la matière. D’autres réductions de coûts sont nécessaires pour que les installations photovoltaïques puissent s’inscrire dans une optique de compétitivité sur le long terme, une grande quantité de courant solaire sur le réseau entraînant notamment des surcoûts au niveau de l’infrastructure réseau. Aujourd’hui déjà, quand le solaire constitue une grande partie de l’électricité fournie sur les réseaux électriques, des problèmes d’instabilité surviennent à certains endroits. C’est la raison pour laquelle la Société Mont-Soleil entend se consacrer davantage à cette question à l’avenir, en soutenant par exemple les projets-pilotes de stockage local d’énergie, qui permettent de réduire la charge du réseau. Elle suit également avec intérêt les évolutions dans le domaine des nouvelles technologies. Ainsi, la zone de test de Mont-Soleil a été dotée d’équipements spéciaux pour le test de modules à couche fine, en collaboration avec le groupe chargé du photovoltaïque à l’EMPA Dübendorf. La Société Mont-Soleil entend continuer à soutenir activement la recherche dans le domaine du photovoltaïque au cours des années à venir. Si la forte expansion du marché a permis de réduire notablement les coûts du courant d’origine solaire, de nouveaux défis se posent aujourd’hui pour les chercheurs. Nul doute que les équipes de la Société Mont-Soleil et de ses partenaires auront encore de quoi faire dans les années à venir!
