Cette semaine, nous vous proposons, pour l'essentiel, un numéro spécial en grande partie dédié à la « 1ère Journée Technique Photovoltaïque en PACA », organisée le 18 juin dernier au Centre Microélectronique de Provence à Gardanne ; ce rendez-vous a dressé l'état de l'art sur les principaux aspects économiques, technologiques et stratégiques d'une filière en pleine ébullition, en France en général et dans la région Provence-Alpes-Côte d'Azur en particulier, en présentant notamment les forces et les synergies régionales dans ce domaine.

publicité

Organisée par Arcsis en coopération avec Optitec et POPsud et soutenue par le pôle de compétitivité Capenergies et Jessica France, la manifestation s'est déroulée pratiquement « à guichets fermés » avec plus de 150 participants tout au long de la journée.

Plutôt qu'un compte-rendu qui serait difficilement exhaustif, nous avons relevé quelques grandes tendances, spécifiques ou non à la région PACA :

La création de sociétés innovantes comme Nexcis, EHW Research, Faldes, ... montre une forte volonté industrielle en région PACA.

La région dispose d'un important potentiel d'innovation, avec des compétences humaines et de réelles synergies entre les acteurs, industriels et scientifiques, des filières de l'optique, du photonique et de la microélectronique, susceptibles de favoriser la création d'entreprises dans le secteur du photovoltaïque. En témoignent notamment, côté R&D, les travaux sur les applications laser pour le photovoltaïque à l'Université de Marseille (LP3), ceux sur les nanostructures et les plasmons pour le photovoltaïque au laboratoire opto de l'IM2NP ainsi que, côté industriel, l'offre couches minces de Cilas, spécialisé dans l'optronique, ou encore le savoir-faire en impression jet d'encre d'Impika, un procédé transférable au photovoltaïque, voire l'offre de dopage des cellules solaires par immersion plasma chez IBS. Le choix de l'Allemand M+W Zander, société leader dans la conception et la réalisation d'usines clés en mains pour la production de cellules et panneaux solaires, de s'implanter à Rousset illustre aussi l'attrait du territoire.

Le contexte général de la région PACA, avec une réelle volonté au niveau de la politique régionale, les compétences existantes, et un fort taux d'ensoleillement, est favorable à la fois à un déploiement de centrales photovoltaïques (la région PACA ne produit aujourd'hui que la moitié de l'énergie qu'elle consomme) et à la mise en place d'une filière industrielle. Sur ce dernier point, la commune de Rousset, après avoir misé il y a 30 ans sur la filière microélectronique, a d'ores et déjà dégagé un site de 35 ha, à côté de la zone industrielle existante.

Les nouvelles technologies de cellules solaires sont plus complémentaires que concurrentes aux filières traditionnelles, qui ont encore un beau potentiel de développement. La part de marché des cellules solaires couches minces – CdTe, CIS, silicium amorphe ou polycristalllin aminci - va augmenter, mais le silicium cristallin restera majoritaire (avec une estimation de 65% de part de marché en 2035). Toutefois, il y a eu récemment de véritables innovations avec des concepts à base de matériaux organiques/inorganiques et électrochimiques (cellules de Graetzel).

Historiquement, depuis 1980, le coût des panneaux solaires a diminué de 22% à chaque doublement des ventes (en volume). La pénurie de silicium en 2007 n'a eu qu'un impact limité (source : EPIA).

La course au rendement de conversion des cellules solaires ne peut pas être un but en soi ; in fine, c'est le prix du Watt qui prime. L'augmentation des capacités de production, par effet d'échelle, et l'innovation sont les deux ingrédients qui contribuent à la baisse des coûts. Mais l'innovation se décline à tous les niveaux : architecture des cellules, surfaçage anti-reflet, électrodes à faible résistance de contact, élimination des sources d'ombrage par contacts arrières, silicium en couche mince, diminution des pertes de silicium en cours de production (suppression du sciage), nouvelles méthodes de tirage du silicium en bande (Evergreen Solar), cellules solaires biface (Origin Energy), ...

Selon les technologies, les rendements de conversion des cellules solaires en production industrielle sont très inférieurs à ceux obtenus en laboratoire : l'écart va, par exemple, de 15-20% à près de 25% pour le silicium cristallin, de 9-11% à 19% pour les cellules CIS/CIGS, de 8-10% à près de 17% pour les cellules CdTe, de 4-5% à près de 11% pour les cellules de Graetzel (source : Coexel, INES).

En clôture de la journée technique de Gardanne, les perspectives du photovoltaïque en PACA et les stratégies à mettre en œuvre au niveau national ont été disséquées dans le cadre d'une table ronde.

Principales critiques et idées (anonymes) :
« En France, et en région PACA en particulier, il existe un immense potentiel technologique mais se donnera-t-on les ambitions industrielles correspondantes ? Côté innovation et R&D, nous sommes plutôt bien placés, mais il s'agit maintenant de passer au stade supérieur. Vu les investissements nécessaires, il faudrait que de gros acteurs industriels se lancent dans les énergies renouvelables. »

« Il existe en région PACA un potentiel important de plusieurs GW d'installations photovoltaïques. La solution : utiliser les milliers d'hectares en jachère, les toits industriels, etc. Le développement du photovoltaïque en France doit passer par la surimposition au bâti. »

« En France, nous possédons la « technicité » mais, avec le retard que nous avons pris, il sera difficile de créer une filière industrielle dans le photovoltaïque, surtout que nous en sommes à un stade où il faut mettre les bouchées doubles pour mettre en place une usine de production de plusieurs centaines de MW. »

« Il faudrait recréer (NDLR : en France) le modèle allemand, avec une stratégie globale sur toute la filière, et surtout ne pas faire comme l'Espagne où l'achat de l'électricité produite coûte cher à la communauté sans qu'une industrie locale n'ait été créée. En Allemagne, le marché national a bénéficié au développement de Q-Cells. »

« Il faut que le gouvernement arrête de se cramponner à l'intégré au bâti, et prenne rapidement une décision concernant des tarifs d'achat susceptibles d'attirer des investisseurs financiers. »

« Le tarif d'achat seul n'est pas suffisant pour faire bouger les choses. Il faut qu'une filière industrielle dédiée au photovoltaïque se crée en France, avec une vraie chaîne d'approvisionnement. »

« Il faut viser un coût de 0,8 €/W pour les panneaux photovoltaïques afin d'arriver, in fine, à un coût de 0,15 €/kWh. »

Cette table ronde a regroupé François Flory, professeur à l'IM2NP/Ecole Centrale Marseille, Jean-Pierre Joly, directeur général de l'INES, Jean-Luc Didier, chargé de la coordination Projets Transverses de l'ADEME, Bernard Besnainou, directeur adjoint de Capenergies, Olivier Kerrec, directeur général de Nexcis, et Jean-Paul Hoffmann, directeur exécutif pour le développement économique de Rousset, et a été animée par Valérie Laplagne, coordinatrice de missions d'Enerplan (de gauche à droite).

Installée dans les locaux de l'ex-usine 125 mm de STMicroelectronics à Rousset, la jeune pousse Nexcis, créée en octobre 2008, développe actuellement une technologie de panneaux photovoltaïques à partir de cellules couches minces, appelée CISEL (pour cuivre, indium et selenium/soufre électrodéposés) en visant, à terme, un coût de fabrication inférieur à 0,8 €/W : elle travaille en outre déjà sur des générations futures, avec notamment l'ajout de gallium, et vise à faire passer son effectif de 23 personnes aujourd'hui à 40 personnes en 2010 ; la société devrait disposer fin 2011 d'une ligne de production pilote d'une capacité de 20 MW - l'investissement nécessaire n'a pas encore été dévoilé -, qui emploierait 100 à 150 personnes supplémentaires, avant de passer au déploiement industriel.

La société Nexcis est un essaimage de l'Institut de R&D sur l'énergie photovoltaïque (IRDEP), un laboratoire commun à EDF et au CNRS, situé à Chatou. Elle a été créée par Olivier Kerrec, aujourd'hui directeur général, et Pâris Mouratoglou (via la société SIIF Luxembourg), président de Nexcis et président d'EDF Energies Nouvelles. "Nous nous sommes implantés à Rousset car nous y avons trouvé les compétences humaines nécessaires pour passer rapidement au stade industriel", précise Olivier Kerrec.

En train de finaliser le montage financier qui lui permettra de passer à la vitesse supérieure, avec notamment l'entrée du groupe EDF au capital, la jeune pousse est aussi confrontée à plusieurs défis technologiques : augmenter le rendement de conversion des panneaux solaires afin d'atteindre 8 à 12% et accélérer les temps de transfert de la R&D à la production pilote dans un premier temps, puis du pilote à la production industrielle. L'ajout de gallium devrait permettre de passer la barre des 10%. Pour ses travaux de R&D, Nexcis a signé des partenariats stratégiques avec STMicroelectronics et IBM, ainsi qu'avec des entités locales (CIMPACA, laboratoires universitaires, etc.).

La technologie CISEL fait appel à un procédé innovant d'électrodéposition de couches successives par électrolyse. Les cellules solaires sont réalisées en huit étapes, directement aux dimensions du panneau final. L'assemblage des panneaux compte quatre étapes supplémentaires. La majorité des étapes du process s'effectuant sous pression atmosphérique, ce procédé est moins coûteux que des fabrications de panneaux couches minces sous vide.

« Nous travaillons dans un premier temps avec un substrat verre mais nous prévoyons de développer aussi le concept sur un substrat métallique et de réaliser l'encapsulation des panneaux avec un matériau polymère afin d'obtenir des panneaux plus légers et flexibles, adaptés aux toits des bâtiments à faible charge au sol », précise Philippe Calzi, directeur marketing. La production pourrait ainsi être hautement automatisée dans le cadre d'un procédé roll-to-roll.

La société envisage de commercialiser les deux familles de produits en parallèle : les modules bi-verre seront destinés à l'intégration au bâti et aux centrales au sol, tandis que les modules plus légers viseront les applications en surimposition. Les panneaux solaires de Nexcis pourront aussi servir dans des applications aussi diverses que des auvents ou des pare-soleils.
Le développement de la technologie CISEL a été largement soutenu par les autorités publiques, dont l'ANR et surtout l'ADEME depuis 2003.

La jeune pousse EHW Research, créée en septembre 2008 à Toulon, a développé une solution permettant d'optimiser le bilan énergétique des installations photovoltaïques résidentielles en réduisant les pertes dues au déséquilibre et/ou à la non-uniformité (mismatch) entre les différents panneaux solaires d'un système ; premier produit de la société et en cours d'industrialisation, la Smart Power Box résout notamment le problème récurrent, et souvent sous-estimé, des pertes dues à l'ombrage total ou partiel de panneaux solaires en cours de journée.

Le mismatch, ou différence de caractéristiques, entre panneaux photovoltaïques ou, par exemple, une zone d'ombrage de 10% sur un panneau, peut générer jusqu'à 50% de pertes au niveau de la puissance fournie par ce panneau. Pour pallier ces pertes, il existe deux solutions, soit l'installation d'un micro-onduleur sur chaque panneau, soit la reconfiguration dynamique du câblage des panneaux.

La Smart Power Box d'EHW Research est un boitier électronique qui vient s'insérer entre les panneaux solaires d'une installation et l'onduleur, à la place des boîtiers de raccordement classique. Tous les panneaux d'une installation sont connectés côté entrée, la sortie faisant, elle, la liaison avec l'onduleur. Le câblage est donc en étoile, il n'y a plus de strings, ce qui permet la reconfiguration dynamique qui peut changer plusieurs fois par jour, en fonction de l'exposition au soleil et des zones d'ombrage. Des installations photovoltaïques existantes peuvent également être équipées (« rétrofittées »).

La première version de la Smart Power Box compte 24 entrées, plusieurs panneaux pouvant être branchés sur chaque entrée (jusqu'à concurrence de 100 V et 10 A) ; elle est adaptée à tout type d'installation photovoltaïque jusqu'à une puissance maximale de 5 kW.

Pour se conformer aux spécificités de l'onduleur, le boîtier est configuré par logiciel lors de l'installation afin de programmer la tension de démarrage de l'onduleur, la tension maximale de l'onduleur, le nombre d'entrées branchées et la tension minimale de fonctionnement du contrôleur MPPT (maximum power point tracking, ou suivi du point de puissance maximale) intégré. Ce dernier fait appel à un algorithme qui calcule la reconfiguration afin que chaque panneau puisse fournir en permanence le plus de puissance possible, selon l'évolution de l'ensoleillement.

Le deuxième produit en cours de développement chez EHW Research, en coopération avec l'école d'ingénieurs de Toulon (USTV), est le Solar Catch Pot, qui est un concentrateur passif, sans suivi solaire. Il s'agit de panneaux solaires de forme ondulée, nécessitant 5 fois moins de silicium mais fournissant la même énergie annuelle, en kWh, que les panneaux classiques. Susceptible de s'intégrer au bâti, il devrait permettre des installations aussi bien verticales qu'horizontales. Le Solar Catch Pot est prévu pour une introduction sur le marché en 2010.

Abrité par l'incubateur PACA-Est depuis décembre 2007 puis par la pépinière d'entreprises Cre@tvt en septembre 2008, EHW Research a été lauréat au concours du ministère de la recherche en mai 2008 dans la catégorie des sociétés émergentes, puis lauréat du concours Var terre d'innovation, organisé par le conseil général du Var en décembre 2008, et, enfin, de nouveau lauréat au concours du ministère de la recherche dans la catégorie développement en juin 2009. En avril dernier, la société a obtenu deux brevets (INPI et PCT).

EHW Research a développé la Smart Power Box en coopération avec ATR Robotique, un spécialiste de l'électronique de puissance qui en réalise aussi l'assemblage.

En cours de création par Viatchelsav Safarov, jusque récemment enseignant dans divers UFR de l'Université de la Méditerranée Aix - Marseille, la jeune pousse Faldes a développé un système photo-catalytique de conversion de l'énergie solaire pour produire de l'hydrogène ; l'idée consiste à créer un panneau solaire combinant, en tandem, les effets photovoltaïque et photocatalytique, en faisant appel à des nanomatériaux afin d'améliorer l'absorption optique.

Les premiers résultats donnent un volume de production d'hydrogène de 1000 l/h avec une surface de panneaux solaires de 27 m2. Il est estimé que cette surface pourra être réduite à 12 m2 en fonction de l'évolution du rendement de conversion des cellules photovoltaïques utilisées (de type CIGS) et de l'amélioration du procédé.

Benoît Rolland, directeur général de Tenesol, a présenté la semaine dernière la stratégie de la filiale 50/50 des groupes Total et EDF : amélioration à 160 Wc/m2 de la puissance des panneaux de filière silicium, sélection de fournisseurs de cellules pour une offre en couches minces dès 2010, partenariat avec Saft dans le stockage.

Conséquence de la crise financière qui entraîne des problèmes de financement pour les projets photovoltaïques et a conduit à une surcapacité de production mondiale, le prix des systèmes photovoltaïques a chuté d’environ 15% sur les douze derniers mois et celui des panneaux, qui représentent environ les deux-tiers du coût d’un système, a chuté de 20% à 25%, selon Benoît Rolland. La donne économique a en effet beaucoup changé en un an. Ainsi, le marché espagnol du photovoltaïque, qui a représenté 2600 MWc l’an passé, soit 40% des installations mondiales, n'a atteint que 50 MW depuis début 2009 et ne devrait pas dépasser 500 MWc installés sur l'ensemble de cette année.

Pour autant, Tenesol, dont le chiffre d’affaires a progressé de 45% en 2008, à 193 M€ (pour un bénéfice net de 8 M€, soit le double de 2007), vise pour 2009 un chiffre d’affaires compris entre 250 et 300 M€. Il est vrai que le retard de la France (175 MWc de puissance installée fin 2008), face à l’Espagne (3400 MWc) et surtout à l’Allemagne (5300 MWc) laisse une marge de progression gigantesque. Reste que Tenesol, qui emploie près de 900 personnes dans le monde, n’a réalisé en 2008 que 29% de son CA dans l’Hexagone, contre 19% en Outre-Mer (où le Français exploite notamment en propre environ 500 fermes solaires d’une puissance cumulée de 31 MWc qui devrait être portée à 50 MWc d’ici la fin de l’année), 31% dans le reste de l’Europe et 21% à l’international. La clientèle des particuliers en Métropole (8% du CA) devrait voir son poids progresser de 30% cette année, au travers d’un partenariat avec Evasol, premier installateur de photovoltaïque pour les particuliers en France. Les agriculteurs, les industriels, les promoteurs immobiliers et les marchés publics représentent les autres secteurs de clientèle de Tenesol, qui, outre son métier de fabricant de panneaux (2/3 du CA), se définit comme un fournisseur de systèmes solaires clés en mains.

Premier fabricant français, Tenesol se situe entre le 15e et le 20e rang mondial pour la production de panneaux. Sa capacité de production atteint aujourd'hui 105 MWc au total, avec 55 MWc dans son usine en Afrique du Sud et 50 MWc dans sa deuxième usine implantée à Toulouse (soit une surface totale d’environ 550 000 m2 de panneaux).

Tenesol intègre essentiellement des cellules solaires fabriquées par le Belge Photovoltech et l’Allemand Q-Cells. Pour 2010, le fabricant vise une amélioration de 15% à 20% de la puissance électrique restituée au m2, soit environ 160 Wc/m2, contre 100 à 135 Wc/m2 aujourd'hui. Il prévoit de livrer 100 MWc de panneaux cette année, après 65 MWc en 2008.

Actuellement, le groupe français est en train de valider des fournisseurs de cellules couches minces afin de proposer une offre commerciale de panneaux en 2010, même s’il reconnaît que le peu de recul dans cette filière n’est pas sans poser des problèmes de garantie (les panneaux actuels commercialisés par Tenesol sont garantis 25 ans).

Enfin, Tenesol a également noué un partenariat dans le stockage d’énergie avec le fabricant de batteries industrielles Saft, avec l’objectif de disposer d’une offre commerciale de batteries Li-Ion adaptées au solaire dès 2011.

Dans l’immédiat, Tenesol va surtout s’attacher à développer les ventes de ses nouveaux produits conçus avec des industriels couvreurs : solution photovoltaïque intégrée en fibres-ciment avec Eternit, structure intégrée en toiture et/ou en façade avec Smac, filiale étanchéité de Bouygues, bacs acier avec Solar Composites.



Frédéric Fassot

Selon une étude, intitulée SET For 2020, menée par l’EPIA en collaboration avec AT Kearney, le cabinet-conseil en management stratégique, le photovoltaïque pourrait satisfaire jusqu'à 12% des besoins de l'Europe en électricité à l'horizon 2020, si des conditions plus favorables à son déploiement étaient créées par les décideurs européens, les régulateurs et le secteur de l'énergie au sens large ; « dès l'année prochaine, la production d'électricité photovoltaïque sera compétitive par rapport aux autres sources d'énergie dans une partie de l'Europe du Sud et l'étude montre qu'elle le sera pour 75% du marché européen de l'électricité d'ici 2020, sans subventions ni autres formes d'aides extérieures », affirme Winfried Hoffmann, président de l’EPIA.

Basée sur un ensemble de faits, de chiffres et d'analyses, l'étude veut démontrer qu'en stimulant la part de l'énergie photovoltaïque, l'Europe et son tissu économique peuvent en tirer des bénéfices considérables. En matière d'énergies renouvelables, l'électricité photovoltaïque serait en effet la technologie avec la croissance la plus rapide. Ses coûts devraient en outre baisser plus vite que ceux des autres sources d'énergie : l'EPIA s'attend ainsi à une baisse du coût de production de l'électricité photovoltaïque de 8% par an en moyenne, soit une division par deux tous les huit ans. Le coût visé serait inférieur à 0,10 €/kWh dans les centrales industrielles, et largement en-dessous de 0,15 €/kWh dans les centrales résidentielles.

Un résumé de l'étude est disponible gratuitement :
SET For 2020