L'effet photovoltaïque permet de convertir l'énergie lumineuse en énergie électrique grâce à l'utilisation de matérieux semi-conducteurs (à base de silicium dans 90% des produits du marché). Lorsque les photons issus du rayonnement solaire entrent en contact avec les cellules photovoltaïques, des électrons sont arrachés et engendrent un courant continu. Les panneaux, constitués d'un ensemble de cellules mises en série, sont ensuite reliés à un onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif, injectable sur le réseau électrique.
La puissance nominale que peut délivrer un panneau photovoltaïque dans des conditions standard d'exposition (ensoleillement de 1000W/m2, température de 25°) est appelée puissance crête. Il s'agit d'une puissance maximale (rarement atteinte en pratique) qui permet de comparer différents modules entre eux. Les panneaux les plus standard du marché ont
une surface moyenne de panneau de 6 m2 / kWc
soit 54 m2 pour une installation de 9kWc, 215 m2 pour 36 kWc et 600 m2 pour 100 kWc
L'énergie produite s'exprime en kilowatt-heure (kWh) : elle dépend de la puissance de l'ensoleillement (variable selon la situation géographique, la météo) et des durées d'ensoleillement (variables selon les périodes jour/nuit et les saisons). Le productible d'une installation solaire, qui correspond à l'énergie moyenne produite sur une année complète, peut être estimé en fonction de la localisation (à partir des données d'ensoleillement moyennes connues pour cette latitude et cette longitude). Il est souvent ramené à la puissance crête pour pouvoir faciliter les comparaisons : le productible est exprimé en kWh/kWc. En Auvergne-Rhône-Alpes il peut aller de 900 kWh/kWc (nord de la région) à 1400 kWh/kWc (sud) environ.
L'électricité produite peut être valorisée de plusieurs façons :
vendue sur le réseau à un tarif encadré par l'Etat (tarif d'achat ou appel d'offre de la CRE)
vendue sur le réseau à un acheteur dédié (vente de gré à gré) : plutôt pour les projets d'une certaine taille
autoconsommée individuellement (par le bâtiment hébergeant l'installation)
vendue à des consommateurs voisins (autoconsommation collective)
L'énergie solaire photovoltaïque a de nombreux atouts :
elle est abondante et disponible partout, même si le degré d'ensoleillement peut varier
c'est une ressource locale qui permet d'avoir une production au plus près des lieux de consommation
c'est une énergie propre, avec un coefficient d'émission de gaz à effet de serre par kWh extrêmement faible (y compris en considérant la fabrication des composants)
les installations sont plutôt simples à réaliser et dans des délais rapides par rapport à d'autres énergies
les installations sont simples à exploiter : aucune pièce mécanique en mouvement, une maintenance réduite par rapport à d'autres énergies
une durée de vie significative : la plupart des panneaux produisent à plus de 80% de leur capacités initiales au bout de 20 ou 25 ans
aucune nuisance sonore et un impact visuel réduit, qui facilitent l'acceptabilité des projets
une technologie modulable qui permet de produire sur différentes surfaces : bâtiments, ombrières, terrains, verrières, etc.
Une installation photovoltaïque a un coût, qui doit essentiellement être payé au moment de l'investissement, mais elle a aussi des recettes, qui sont perçues via la vente de l'énergie (ou l'économie d'énergie achetée si on est en autoconsommation). Il y a donc un retour sur investissement.
Les coûts
les coûts de développement concernent le financement des études à mener en amont (faisabilité technico-économique, tenue des charpentes, impact environnemental pour les centrales au sol de plus de 300 kWc..)
les coûts d'investissement concernent le financement du matériel et de sa pose (panneaux, onduleurs, câbles et coffrets), les travaux annexes (tranchées, renforcement de charpente, etc.) et les travaux de raccordement
Les charges
Les charges annuelles payées par l'exploirtant portent sur :
le paiement du TURPE pour l'utilisation du réseau électrique (sauf s'il y a autoconsommation totale)
les assurances
le contrat de maintenance
l'abonnement à un dispositif de monitoring
le paiement d'un expert - comptable (dans le cas d'une société de projet qui exploite)
le paiement d'un loyer (dans le cas du tiers-investissement)
le paiement des taxes (CFE, IFER) variables selon la taille de l'installation
le paiement de l'impôt sur les sociétés dans le cas d'une société de projet qui exploite)
Les produits
L'exploitation de l'installation photovoltaïque produit une recette issue :
de la vente de l'énergie à un acheteur (sous obligation d'achat, appel d'offre CRE ou gré à gré)
ou de l'économie d'électricité qui n'est plus achetée dans le cas de l'autoconsommation
La production d'une installation photovoltaïque peut être valorisée de différentes façons. Le schéma le plus fréquent historiquement est la vente à un tarif d'achat garanti par le gouvernement, mais les schémas tendent à se diversifier, avec notamment le développement important de l'autoconsommation.
En-dessous de 500 kWc, les installations photovoltaïques ont la possibilité de bénéficier d'un tarif d'achat garanti par le gouvernement sur 20 ans. Ce tarif d'achat est défini par l'arrêté tarifaire d'octobre 2021 et est révisé tous les trimestres. Il varie par classe de puissance. Le tarif est plafonné à 1600h/an en-dessous de 100 kWc et 1100h/an de 100 kWc à 500 kWc. Il est également possible de basculer en autoconsommation ou vice-versa au maximum 2 fois pendant la durée du contrat.
L'autoconsommation individuelle consiste, à l'échelle d'un site, à consommer l'énergie produite simultanémant par l'installation photovoltaïque, qui est raccordée sur l'alimentation intérieure du consommateur. L'éventuel surplus peut être injecté sur le réseau. De la même façon l'autoconsommateur complète par une consommation d'appoint soutirée du réseau lorsque son besoin dépasse la production locale.
L'autoconsommation individuelle est donc surtout adaptée pour les bâtimentds qui ont une courbe de charge pertinente par rapport à la production solaire : consommation pendant la période estivale, en journée pluôt que la nuit, etc.
Le gouvernement a également défini un tarif d'achat pour le surplus qui est éventuellement vendu sur le réseau. Une prime à l'investissement est également proposée pendant les 5 premières années.
Visualiser ICI le webinaire "Autoconsommation pour les collectivités" organisé par AURA-EE le 4 octobre 2022
L'autoconsommation collective (ACC) permet une valorisation directe de la production photovoltaïque auprès de consommateurs locaux. Elle est dite "simple" à l'échelle d'un bâtiment et "étendue" à l'échelle d'une zone dans laquelle les participants sont chacun distants de moins de 2 km.
Dans une opération d'ACC, l'ensemble des consommateurs et producteurs doit ête lié par une Personnes Morale Organisatrice.
De compteurs communicantspermettent de tracer les flux et de définir, grâce au choix de clas de répartition, comment la production est répartie entre les différents autoconsommateurs. L'excédent de production, qui nest consommé par aucun des consommateurs, peut bénéficier d'un tarif d'acht (qui est le même que celui de la vente totale ou de l'autoconsommation individuelle, si l'ACC est couplée à une autoconsommation individuelle).
Visualiser ICI le webinaire "Autoconsommation pour les collectivités" organisé par AURA-EE le 4 octobre 2022
Les collectivités ont de multiples façons de contribuer au développement du photovoltaique sur leur territoire. On les résume dans le schéma ci-dessous avant de les décrire dans les paragraphes qui suivent.
Les Plans Climats Energie Territoriaux permettent de donner un cap et des objectifs ciblés par filière à la maille d'une intercommunalité. Ils peuvent servir de base pour estimer un gisement, identifier les acteurs locaux et les échéances de déploiement des projets.
Les Schémas de Cohérence Territoriale (SCOT) donnent les grandes orientations d'aménagement et de développement à horizon 10/20 ans : il est possible d'y imposer la prise en compte du photovoltaïque dans les PLU / PLui (qui doivent être en conformité avec les SCOT).
Les plans locaux d'urbanisme sont des leviers clés sur lesquels les collectivités peuvent agir pour accélérer le développement du photovoltaïque. Il est par exemple possible de prévoir des dispositions :
sur les orientations nord - sud des bâtiments
sur la pente des toitures
sur la hauteur des constructions et distances entre bâtiments (évitement des ombrages)
sur les zonages (par exemple zonage N-PV envisageable après avis du CDPENAF)
sur un seuil minimum de production d'énergies renouvelables à atteindre sur les bâtiments neufs
Les cadastres solaires sont des plateformes numériques qui permettent de visualiser, sur un territoire donné, l'ensoleillement dont bénéficie un territoire et ce, à la maille du cadastre, parcelle par parcelle. Ce sont des outils utiles aux porteurs de projet car ils permettent d'identifier rapidement les zones favorables au développement du solaire et d'avoir une première estimation de la viabilité de leur projet.
En Auvergne-Rhône-Alpes, de nombreux territoires ont développé des cadastres solaires : quelques exemples sont donnés ci-dessous utilisant des solutions logicielles différentes :
La réalisation d'un cadastre solaire par une collectivité est une action concrête, directement utile au développement de projets sur le territoire, et est relativement aisée à mettre en place.
Les collectivités (qui en ont la compétence) ont la possibilité de réaliser et d'exploiter par elles-mêmes des installations photovoltaïques sur leur foncier. Une étude de faisabilité peut permettre de démarrer pour étudier la viabilité d'un projet avant que la collectivité ne passe ensuite un marché public de travaux pour effectuer la pose. La collectivité devient ensuite producteur et est titulaire des contrats de raccordement et de vente de l'énergie.
Les collectivités qui ne souhaitent pas investir directement dans une installation solaire peuvent envisager de
dans le cas d'une installation en vente totale : louer leurs toitures, voire leurs terrains si ceux-ci s'y prêtent. Un appel à manifestation d'intérêt doit être réalisé pour informer les tiers investisseurs du projet et guider la sélection du futur exploitant. Une fois le candidat retenu, une convention d'occupation temporaire (sans droits réels) ou un bail emphytéotique administratif (avec droits réels) est mis en place et lie le producteur et la collectivité pendant la durée d'exploitation (au minimum 20 ans en général).
dans le cas d'une installation en autoconsommation : établir une concession de travaux pour qu'un opérateur occupe le toit, réalise une installation PV et la mette à disposition de la collectivité en contrepartie d'un loyer.
De plus en plus de sociétés locales voient le jour pour porter des projets de production d'énergie renouvelable. Il peut s'agit de SEM créées à l'initiative de collectivités (agglomérations, syndicats d'énergie..) ou de sociétés de type SAS ou SCIC qui peuvent intégrer une pluralité d'acteurs (collectivités, citoyens, entreprises locales, fonds d'investissement, etc.). Ces sociétés utilisent les fonds propres réunis à son capital pour financer des installations de production en tiers investissement (c'est-à-dire sur un foncier ne leur appartenant pas) et les exploiter ensuite.
La loi pour la transition énergétique et la croissance verte de 2015 a rendu possible la participation de collectivités au capital des sociétés locales qui portent des projets de production d'énergie renouvelable (au-delà des SEM qui pouvaient déjà le faire). Les collectivités peuvent ainsi prendre des participations (minoritaires) dans les SAS ou les SCIC qui produisent des énergies renouvelables sur leur territoire.
La phase de développement est la phase pendant laquelle on étudie la faisabilité d'un projet et on prépare les démarches pour le mettre en oeuvre. C'est une phase qui nécessite en général un peu de financement pour porter les études (montant fonction de la taille du projet) mais comprend du risque puisqu'on n'a aucune certitude sur le fait que le projet pourra se faire.
Les points de passage clés sont
l'étude de faisabilité pour le dimensionnement et le chiffrage d'une installation photovoltaïque
l'étude de structure pour les projets en toiture (tenue de la charpente)
les démarches d'urbanisme (déclarations de travaux ou permis de construire au-delà de 250 kWc)
les études environnementales obligatoires au-delà de 250 kWc
la demande de raccordement auprès du gestionnaire de réseau
la recherche d'une assurance pour les risques liés à l'exploitation
la mise au point du montage juridique et financier
La phase de réalisation est courte mais elle mobilise un montant élevé puisqu'elle comprend le financement à proprement parler de l'installation photovoltaïque. Elle est a priori peu risquée puisque les risques ont normalement été levés en phase de développement. Elle comprend :
la finalisation de l'éventuel contrat de bail sur le foncier
la mobilisation du financement (fonds propres et emprunt)
la consultation des entreprises de pose et sélection d'un installateur
les travaux d'installation PV
les travaux de raccordement
la finalisation du contrat de vente de l'électricité
La phase d'exploitation s'étale dans le temps sur une période longue : les contrats de vente d'énergie sont couramment de20 ans voire plus. Pendant cette phase, l'exploitant entretient les équipements (contrat de maintenance), effectue le suivi la production (monitoring), paie les taxes et facture l'énergie produite.
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