Installer des panneaux solaires photovoltaïques

Photo de une : Marc Tricot EI

En 2021, le solaire pho­to­vol­taïque a four­ni 14,3 TWh, soit 3 % de l’éner­gie élec­trique consom­mée en France (contre 2,8 % en 2020). En dix ans (2011−2021), la puis­sance du parc pho­to­vol­taïque ins­tal­lé en France a été mul­ti­pliée par 5 pour atteindre aujourd’hui 13,2 GW, et la pro­duc­tion d’énergie solaire a été mul­ti­pliée par 6 avec 14,3 TWh en 2021. 

1/ Envisager une installation rationnelle

Une bonne toiture sud

Le pho­to­vol­taïque est clas­sé par­mi les éner­gies renou­ve­lables car il uti­lise pour son fonc­tion­ne­ment une source d’énergie pri­maire inépui­sable, le rayon­ne­ment solaire. La pre­mière condi­tion est donc de dis­po­ser d’une toi­ture orien­tée sud (ou à la limite sud-est ou sud-ouest) ou d’un pignon bien orien­té pour une ins­tal­la­tion en cas­quette. Il faut idéa­le­ment que l’emplacement soit tota­le­ment exempt de masque (ombre pro­vo­quée par une che­mi­née ou un feuillage par exemple), avec une incli­nai­son par rap­port à l’horizontale com­prise entre 15 et 45°. En cas de masque, il est pos­sible d’améliorer la per­for­mance avec des diodes by-pass pla­cées en paral­lèle des cel­lules, mais le sys­tème devient plus com­plexe à opti­mi­ser.

Des contraintes d’urbanisme ?

Il faut ensuite ima­gi­ner la sur­face qu’occuperont les cap­teurs sur la toi­ture. Un toit solaire a géné­ra­le­ment une taille com­prise entre 10 et 30 m² – une sur­face non négli­geable qui va modi­fier l’aspect de la mai­son. Dans le cas d’un bâti­ment neuf, ces pres­crip­tions doivent être inté­grées dès la phase de concep­tion, sachant que d’autres para­mètres plus ou moins contrai­gnants seront à prendre en compte comme l’orientation du bâti­ment, l’inclinaison du toit, les masques inévi­tables, la régle­men­ta­tion etc. Contactez la mai­rie, de façon à connaître les éven­tuelles contraintes urba­nis­tiques du site pho­to­vol­taïque. Si l’intégration sur le bâti­ment n’est pas pos­sible, une ins­tal­la­tion au sol est envi­sa­geable.

2/ Réduire ses consommations électriques

L’électricité est consi­dé­rée comme la forme la plus noble de l’énergie, à la fois parce qu’on peut l’utiliser de mul­tiples manières et qu’elle est la plus dif­fi­cile et la plus chère à pro­duire (éco­no­mi­que­ment et éner­gé­ti­que­ment). Elle se trans­porte très rapi­de­ment (300 000 km par seconde), mais on ne sait que très mal la sto­cker. C’est pour­quoi elle doit être réser­vée aux appli­ca­tions pour les­quelles il n’y a pas d’autre solu­tion comme l’éclairage, les appa­reils élec­tro­niques ou les moteurs (les usages spé­ci­fiques). En revanche, pour le chauf­fage de l’eau, de l’espace ou de la nour­ri­ture, il est recom­man­dé d’utiliser une éner­gie plus “brute” (chaque trans­for­ma­tion de l’énergie entraîne des pertes). Plus géné­ra­le­ment, les éco­no­mies d’électricité doivent tou­jours venir en pre­mier.

Toutefois, depuis que les ins­tal­la­tions en auto­con­som­ma­tion sont deve­nues fré­quentes, il est par­fois judi­cieux de valo­ri­ser le sur­plus pro­duit dans le bal­lon d’eau chaude ou pour ali­men­ter une voi­ture par exemple.

Pour être démons­tra­tif, un pro­jet pho­to­vol­taïque doit cou­vrir au moins 40 % des besoins en élec­tri­ci­té.

3/ Choisir un installateur

La pre­mière démarche est de consul­ter son espace France Renov (0810 060 050). On y trou­ve­ra un conseil gra­tuit et objec­tif et la liste des entre­prises label­li­sées RGE de la région, ayant sous­crit les assu­rances obli­ga­toires (res­pon­sa­bi­li­té civile et décen­nale). Privilégiez les ins­tal­la­teurs locaux, et deman­dez à visi­ter des ins­tal­la­tions déjà réa­li­sées. Il existe aujourd’hui sur le mar­ché une offre de plus en plus abon­dante et cer­tains four­nis­seurs peu scru­pu­leux n’hésitent pas à aug­men­ter leurs prix en fonc­tion des aides dis­po­nibles. Pour évi­ter cette forme de spé­cu­la­tion, il faut contac­ter plu­sieurs ins­tal­la­teurs de manière à com­pa­rer les offres entre elles, sans pour autant mul­ti­plier les demandes de devis qui pour­raient occa­sion­ner un sur­croît de tra­vail non rému­né­ré pour les ins­tal­la­teurs sérieux.

Des listes d’installateurs sont aus­si dis­po­nibles sur le site de Qualit’ENR ; auprès des orga­nismes de repré­sen­ta­tion : ENERPLAN, au CLER (Comité de Liaison des Energies Renouvelables), au SER (Syndicat des Energies Renouvelables) ou encore auprès de l’association natio­nale repré­sen­tante des ins­tal­la­teurs tra­vaillant dans les éner­gies renou­ve­lables. N’hésitez pas à fré­quen­ter les foires et salons, mais ne signez jamais rien sur place, avant d’avoir fait visi­ter votre mai­son ! Tout ins­tal­la­teur sérieux se déplace pour éva­luer la fai­sa­bi­li­té du pro­jet.

4/ Comparer les devis de panneaux photovoltaïques

La puis­sance (ou la capa­ci­té de pro­duc­tion) d’une ins­tal­la­tion pho­to­vol­taïque s’exprime en Wc ou kWc (Watt-crête ou kilo­watt-crête). C’est une uni­té qui per­met de com­pa­rer des pan­neaux de marques et tech­no­lo­gies dif­fé­rentes entre eux, puisque 1 Wc, peu importe la sur­face ou la tech­no­lo­gie du pan­neau, pro­dui­ra tou­jours la même quan­ti­té d’énergie dans les condi­tions stan­dar­di­sées. Pour les pan­neaux les plus cou­rants, 1 kWc cor­res­pond à une sur­face d’environ 10 m², mais en fonc­tion de la tech­no­lo­gie, elle peut varier de 7 à 20 m².

Les pan­neaux pro­duisent des « kilo­watt­heures » (kWh) qui repré­sentent une quan­ti­té d’énergie élec­trique : ce sont ces kWh que vous ache­tez à votre four­nis­seur d’électricité, ce sont aus­si eux qui seront ven­dus à EDF (ou à une entre­prise locale de dis­tri­bu­tion) actuel­le­ment à un tarif fixe. Voir ici le site d’Hespul. Ainsi, il est impor­tant de se baser sur la puis­sance-crête et non sur la sur­face des pan­neaux comme outil de com­pa­rai­son entre dif­fé­rents sys­tèmes.

5/ Vérifier le dimensionnement de l’installation

Comment ça marche ?
En France, en milieu d’une jour­née d’été, la puis­sance du rayon­ne­ment solaire est d’environ 1 000 W/m² (1 kW/m²). Cette puis­sance lumi­neuse varie au cours de l’année en fonc­tion des sai­sons et des condi­tions météo­ro­lo­giques et de l’heure. L’énergie lumi­neuse annuelle reçue par uni­té de sur­face est d’environ 1 300 kWh/an.m². Pour tenir compte des varia­tions d’éclairement au fil de l’année, ain­si que de l’alternance jour nuit, on défi­nit le fac­teur de charge d’une ins­tal­la­tion, qui est d’environ 0,15 pour le solaire PV en France : c’est le rap­port entre l’énergie réel­le­ment reçue par une sur­face durant 1 an (=8 760 h) et l’énergie fic­tive qui serait reçue par cette même sur­face si elle était en plein soleil pen­dant 8 760 h. Les modules pho­to­vol­taïques (ou pan­neaux) sont le plus sou­vent consti­tués de cel­lules de sili­cium connec­tées entre elles et pro­té­gées par une plaque de verre. Leur ren­de­ment de conver­sion de l’énergie lumi­neuse en éner­gie élec­trique, est d’environ 20 %. 
Un module d’une sur­face d’1 m² éclai­ré par une puis­sance de 1 000 W/m^² four­nit donc une puis­sance élec­trique nomi­nale de 200 W : c’est la puis­sance crête, 200 Wc. L’énergie élec­trique pro­duite pen­dant une année est équi­va­lente à celle obte­nue avec la puis­sance nomi­nale pen­dant 15 % des 8 760 h d’une année, soit 200 x 0,15 x 8760 = 263 kWh/m², qui cor­res­pond bien à 20 % de l’énergie lumi­neuse reçue par m².

L’installation se com­pose de pan­neaux, d’un ondu­leur (conver­sion de l’énergie conti­nue en éner­gie alter­na­tive) et de câbles. La concep­tion d’une ins­tal­la­tion pho­to­vol­taïque effi­cace néces­site la prise en compte de plu­sieurs points ayant une influence directe sur le ratio de per­for­mance du sys­tème : l’association des com­po­sants entre eux, la mise en œuvre de l’installation et l’adaptation de la typo­lo­gie du sys­tème aux contraintes du site. Ainsi, le ren­de­ment de l’onduleur et son adap­ta­tion aux carac­té­ris­tiques du champ pho­to­vol­taïque sont à étu­dier (les meilleurs ont un ren­de­ment de 96 %). Si un ondu­leur n’est pas cor­rec­te­ment dimen­sion­né le ren­de­ment et la per­for­mance de l’installation pho­to­vol­taïque seront réduits d’autant. Sa puis­sance est géné­ra­le­ment com­prise entre 80 % et 100 % de la puis­sance crête de l’installation : un champ de 1 kWc rece­vra un ondu­leur de 700 W ou 600 W pour une façade. Influent éga­le­ment sur la per­for­mance glo­bale de l’installation : la pré­sence de masques (proches et loin­tains), les pertes dans les câbles (maxi­mum 3 %, idéa­le­ment 1 %), la tem­pé­ra­ture de fonc­tion­ne­ment des modules (favo­ri­ser la ven­ti­la­tion des cap­teurs), la typo­lo­gie de câblage et la tolé­rance sur la puis­sance crête de l’installation (diver­gence entre puis­sance théo­rique nomi­nale et puis­sance réel­le­ment ins­tal­lée) etc. Une pro­tec­tion contre les sur­ten­sions venant par le réseau (foudre) doit être pré­vue dans l’onduleur.

6/ Comparer les services

De plus en plus d’installateurs se chargent d’effectuer les démarches admi­nis­tra­tives à votre place. Cette pres­ta­tion de ser­vice repré­sente une faible charge, géné­ra­le­ment incluse dans votre devis. 

La maintenance

La seule main­te­nance qui sera en prin­cipe néces­saire sur votre ins­tal­la­tion, si elle est cor­rec­te­ment réa­li­sée, sera le chan­ge­ment de l’onduleur lorsqu’il tom­be­ra en panne, ce qui n’arrive en moyenne qu’une fois tous les dix ans d’après le retour d’expérience au niveau mon­dial. Il faut comp­ter envi­ron entre 0,3 €/Wc et 0,6 €/Wc pour le chan­ge­ment d’un ondu­leur. C’est pour­quoi cer­taines entre­prises vous pro­posent un for­fait annuel com­pre­nant la main­te­nance et par­fois des ser­vices connexes. Il existe éga­le­ment des ser­vices de moni­to­ring, comme un sui­vi élec­tro­nique de votre pro­duc­tion, pour repé­rer les éven­tuelles pannes. Afin d’être cer­tain que le sys­tème pro­duit de l’électricité, il est impor­tant de faire un rele­vé du comp­teur de pro­duc­tion au moins une fois par mois, et de com­pa­rer la pro­duc­tion men­suelle avec la pro­duc­tion pré­vue (ou la pro­duc­tion de l’année pré­cé­dente). Un écart de +/- 20 % peut être nor­mal, sur­tout si vous avez remar­qué un mois par­ti­cu­liè­re­ment plu­vieux / nua­geux / enso­leillé. Pour obte­nir un réfé­ren­tiel de pro­duc­tion, n’hésitez pas à consul­ter la carte men­suelle.

Les garanties

Votre ins­tal­la­teur doit avoir sous­crit une garan­tie décen­nale qui s’applique sur l’installation (par­tie élec­trique et par­tie étan­chéi­té). Si une fuite d’eau a lieu dans votre habi­ta­tion du fait de la pose des pan­neaux solaires en inté­gra­tion toi­ture, cette garan­tie décen­nale s’appliquera. En revanche si un pro­blème sur­vient au niveau des modules, la garan­tie est de 2 ou 5 ans en fonc­tion du four­nis­seur. Il est aujourd’hui pos­sible de voir des exten­sions de garan­ties éten­dues à 10 ans. L’onduleur béné­fi­cie des mêmes garan­ties. Une assu­rance « bris de machine » peut éga­le­ment être sous­crite, dans la mul­ti­risque habi­ta­tion. Un sur­coût finan­cier pour cette assu­rance n’est pas sys­té­ma­tique. Pour connaître le mon­tant de cette der­nière, contac­tez votre assu­reur.

La garan­tie du construc­teur s’applique sur le ren­de­ment des pan­neaux solaires, qui assurent 80 % de ren­de­ment pen­dant 20 ou 25 ans, selon les fabri­cants. Attention à ne pas confondre cette garan­tie avec la durée de vie des pan­neaux solaires, qui peut être net­te­ment plus éle­vée (plus de 30 ans). En fin de vie, les pan­neaux sont recy­clés par l’association Soren (ancien­ne­ment PVCycle), créée en 2007. Il existe d’autres types de garan­ties comme celles appli­quées aux modules ou aux ondu­leurs. Ces der­nières s’étendent géné­ra­le­ment sur une durée de 5 ans.

7/ Comparer les coûts

Le prix des pan­neaux ayant bais­sé (divi­sion par 10 en 10 ans), le coûts d’une ins­tal­la­tion aus­si. Une grande cen­trale au sol coûte envi­ron 0,7 €/W, contre 2 €/W pour une ins­tal­la­tion rési­den­tielle soit envi­ron à 400 €/m² avec les tech­no­lo­gies actuelles.
La Commission de régu­la­tion de l’Énergie (CRE) publie les tarifs appli­cables par tri­mestre : en 2022, les tarifs en vente totale et les primes à l’autoconsommation ont été revus à la hausse d’en­vi­ron 2 %, une pre­mière depuis octobre 2020. Depuis 6 mois, la pla­te­forme d’ac­com­pa­gne­ment Hello Watt a consta­té une hausse de la demande pour l’installation de pan­neaux pho­to­vol­taïques de l’ordre de +600 % ! Le solaire pho­to­vol­taïque est main­te­nant com­pé­ti­tif par rap­port aux autres sources d’éner­gie élec­trique, avec des coûts allant de 0,05 €/kWh pour une cen­trale au sol à 0,16 €/kWh pour une petite toi­ture rési­den­tielle.

8/ Bien se renseigner sur les aides à l’investissement

Il existe dif­fé­rentes formes d’aides publiques directes ou indi­rectes (sub­ven­tions) révi­sées chaque tri­mestre. Une prime d’investissement est réser­vée aux petites ins­tal­la­tions avec auto­con­som­ma­tion par­tielle de la pro­duc­tion. Un dis­po­si­tif d’obligation d’achat de la pro­duc­tion injec­tée sur le réseau concerne les ins­tal­la­tions de faible puis­sance (jusqu’à 500 kW, ou 100 kW en cas d’autoconsommation). Le tarif d’achat dépend de la puis­sance de l’installation et de son type (auto­con­som­ma­tion ou injec­tion totale dans le réseau) et est com­pris entre 0,1 et 0,18 €/kWh. Il est garan­ti par contrat sur 20 ans. Pour les puis­sances plus impor­tantes, le sou­tien se fait à tra­vers une mise en concur­rence dans le cadre d’appels d’offre.

9/ Comprendre les principes de vente d’électricité

Les options de vente

Option vente de la tota­li­té de la pro­duc­tion : l’intégralité de votre pro­duc­tion sera injec­tée sur le réseau et ven­due au tarif fixé par la loi. Un point de bran­che­ment spé­ci­fique à la pro­duc­tion sera alors créé par le ges­tion­naire de réseau (ERDF ou régie). Vos consom­ma­tions conti­nue­ront de tran­si­ter inté­gra­le­ment par votre comp­teur de consom­ma­tion exis­tant comme habi­tuel­le­ment. 

Option vente du sur­plus : la pro­duc­tion élec­trique est prio­ri­tai­re­ment consom­mée sur place par les appa­reils en cours de fonc­tion­ne­ment (auto­con­som­ma­tion). Seul le sur­plus de votre pro­duc­tion par rap­port à vos consom­ma­tions ins­tan­ta­nées sera injec­té sur le réseau et ven­du. Cette option demande une inter­ven­tion rela­ti­ve­ment simple sur le réseau puisque seul un comp­teur de pro­duc­tion est ajou­té.

Option auto­con­som­ma­tion totale : la tota­li­té de la pro­duc­tion est répu­tée consom­mée sur place. Aucun comp­teur de pro­duc­tion n’est ins­tal­lé (très faible coût de connexion réseau) et vous ne pou­vez pas béné­fi­cier d’un contrat d’achat. Votre pro­duc­tion est une éco­no­mie sur votre consom­ma­tion au sens strict. Vous aurez tou­jours une rela­tion contrac­tuelle avec ERDF, à tra­vers une conven­tion d’exploitation.

Compte tenu des lois de la phy­sique, l’électricité sera dans tous les cas uti­li­sée au plus près de son lieu de pro­duc­tion. En cas d’arrêt de la dis­tri­bu­tion d’électricité venant du réseau (panne, tra­vaux de la com­pa­gnie d’électricité), l’onduleur ne débite aucun cou­rant sur le cir­cuit inté­rieur ni sur le réseau.

Depuis la libé­ra­tion du mar­ché de l’énergie, il est pos­sible de vendre la pro­duc­tion d’énergie pho­to­vol­taïque à n’importe quel ache­teur. Le prix d’achat de l’électricité peut théo­ri­que­ment être dif­fé­rent d’un ache­teur à l’autre. Cependant, EDF et les ELD, ont l’obligation d’acheter l’énergie d’origine renou­ve­lable à un tarif d’achat fixé par des arrê­tés tari­faires.

Exemple :

Un par­ti­cu­lier ins­talle 6 kW de pan­neaux PV sur son toit.
- en injec­tion totale, il béné­fi­cie­ra d’un tarif de rachat de 0,1542 €/kWh, mais pas de prime à l’ins­tal­la­tion.

- en auto­con­som­ma­tion et avec injec­tion du sur­plus, il béné­fi­cie­ra d’une prime à l’ins­tal­la­tion de 0,29 €/W (soit 1 740 € au total pour un coût d’en­vi­ron 12 000 €) et d’un tarif de rachat de 0,1 €/kWh.

Photo : ondu­leur Fronius

10/ Quid des émissions de CO₂ ?

D’où vient le panneau ?

L’empreinte car­bone de pan­neaux pho­to­vol­taïques pro­duits en Chine est de 43,9 gCO₂eq/kWh, de 32,3 gCO₂eq/kWh pour une pro­duc­tion euro­péenne, et de 25,2 gCO₂eq/kWh pour une pro­duc­tion fran­çaise, selon l’ADEME. C’est 25 fois moins que les cen­trales fonc­tion­nant au pétrole (de l’ordre de ~800 gCO₂eq/kWh). Les émis­sions ont lieu essen­tiel­le­ment au moment de la fabri­ca­tion des pan­neaux (71 %) notam­ment à la phase de raf­fi­ne­ment du sili­cium, qui est chauf­fé à plus de 1 500°C pen­dant envi­ron 36 h. Le bilan car­bone des ins­tal­la­tions sera pro­gres­si­ve­ment amé­lio­ré par l’aug­men­ta­tion de la part des éner­gies renou­ve­lables dans le mix éner­gé­tique ali­men­tant les usines. 

Une filière de recyclage performante

Contrairement à ce que disent ses détrac­teurs, en France, un sys­tème pho­to­vol­taïque for­mé d’un module en sili­cium mono­cris­tal­lin four­nit l’éner­gie qui a été néces­saire pour sa fabri­ca­tion en 1 an. Ce temps de retour éner­gé­tique a été divi­sé par deux entre 2015 et 2020. En masse, jus­qu’à 95 % d’un module peut être valo­ri­sé. Néanmoins, valo­ri­ser ne signi­fie pas recy­cler car les maté­riaux perdent en valeur dans le pro­ces­sus. La filière est orga­ni­sée par Soren (ancien­ne­ment PV Cycle), éco-orga­nisme à but non lucra­tif, qui pro­pose des points de col­lectes répar­tis sur l’en­semble du ter­ri­toire. Les modules PV ne contiennent pas de terres rares. Seuls quelques métaux uti­li­sés dont les res­sources sont limi­tées (argent, indium) néces­si­te­ront une adap­ta­tion des tech­no­lo­gies indus­trielles à long terme, mais la rare­té des maté­riaux n’est pas un ver­rou pour le déploie­ment du pho­to­vol­taïque à grande échelle. Le sili­cium n’est pas un maté­riau cri­tique, c’est l’un des élé­ments les plus abon­dants sur Terre.

Pour aller plus loin :

L’association HESPUL peut être consi­dé­rée comme la réfé­rence fran­çaise du pho­to­vol­taïque. Elle jouit d’une exper­tise recon­nue, du fait notam­ment, de sa longue expé­rience dans le pho­to­vol­taïque rac­cor­dé au réseau. Sur le site, vous trou­ve­rez des guides à télé­char­ger et de nom­breuses infor­ma­tions com­plé­men­taires sur le fonc­tion­ne­ment d’une ins­tal­la­tion. 

Dossier com­plet dans notre n°90