PARTIE 1: ENERGIES RENOUVELABLES Exemple de l’énergie solaire ENERGIE et BÂTIMENT PARTIE 1: ENERGIES RENOUVELABLES Exemple de l’énergie solaire Intervention présentée par Olivier LANTA et François VAILLANT CP3E - CONCEPT PROJET ENERGIE - Bureau d’Étude et de Conseil - Assistance à la maîtrise d’ouvrage 01/2008

Sommaire - Énergies renouvelables - Facteurs de développement - Solaire thermique - Solaire photovoltaïque - Dispositif d’aides financières - Exemples

- Énergies renouvelables Définition Sources Applications

Les énergies renouvelables   > Fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la Terre, les chutes d'eau, les marées ou encore la croissance des végétaux, leur exploitation n'engendre pas ou peu de déchets et d'émissions polluantes. > Elles ont aujourd’hui atteint une véritable maturité technologique et offrent de nombreuses solutions techniques pour la production d’énergie. > Les énergies renouvelables couvrent seulement 20 % de la consommation mondiale d'électricité: elles restent encore largement sous-exploitées par rapport à leur potentiel de développement.

Sources d’énergies renouvelables  

Sources d’énergies renouvelables  

- Facteurs de développement Constat Contexte économique Contexte juridique

Un constat sans appel   - Les secteurs résidentiels et tertiaires sont les premiers consommateurs d’énergie en France soit 46% de la consommation totale. - Les émissions de gaz à effet de serre correspondantes à la consommation des secteurs résidentiels et tertiaires  sont évaluées à 119 millions de tonnes de CO2 soit environ 25% des émissions totales. - La consommation énergétique totale du secteur du bâtiment a progressé de 25% sur les vingt dernières années.  - 86% de notre énergie proviennent aujourd’hui de sources non renouvelables qui se raréfient (pétrole, uranium, gaz, charbon). - Une hausse constante des  prix des combustibles d’origine fossiles liée notamment à une dépendance énergétique.

Un contexte économique favorable - Une image très positive (83% des sondés en faveur des EnR) Des incitations financières importantes (crédit d’impôt, tarif de rachat de l’électricité PV, aides directes à l’investissement) Un marché qui s’emballe (+122% de croissance pour le solaire PV, +84% pour le solaire Th) - Des crédits pour la R&D en forte progression

Un contexte juridique renforcé - L’UE s’est engagée par le protocole de KYOTO  à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 8% par rapport aux niveaux de 1990 d’ici 2008-2012 - Le livre Blanc envisage des mesures relatives aux  services énergétiques et la mise en place d’un marché des certificats d’économies d’énergie: concernant le photovoltaïque, les objectifs sont remplis avec quatre ans d’avance. - La loi de programme sur l'énergie (juillet 2005) fixe les orientations de la politique française énergétique.  - L’ouverture du marché de la production et de la fourniture d’électricité - La réglementation thermique 2005 (construction neuves)

Une politique énergétique ambitieuse La politique énergétique de la France doit viser quatre objectifs prioritaires - Garantir un droit à l’énergie pour tous les français à un prix compétitif  et sur l’ensemble du territoire - Préserver l’environnement - Préserver notre sécurité d’approvisionnement énergétique - Contribuer à la compétitivité économique de la France

- Énergie solaire Données générales Paramètres de dimensionnement Ensoleillement Inclinaison et Orientation Intégration architecturale

Énergie solaire > Ressource la plus abondante et la mieux partagée sur Terre > Rayonnement exploitable pour produire de la chaleur (solaire thermique) et de l’électricité (solaire photovoltaïque). « La quantité d’énergie solaire captée par la Terre pendant une heure pourrait suffire à couvrir les besoins énergétiques mondiaux pendant un an ». Copyright Solarpraxys Rayonnement solaire annuel Réserve totale d’uranium Réserve totale de gaz Réserve totale de pétrole Réserve totale de charbon Consommation annuelle mondiale d’énergie

Paramètres de dimensionnement Ensoleillement Heures d’ensoleillement annuel moyen Aquitaine: de 1800 à 2100 heures Ensoleillement annuel moyen (plan orienté Sud à 45°) Aquitaine: de 4.0 à 4.6 kWh/m2/jour

Paramètres de dimensionnement Inclinaison et orientation Efficacité annuelle suivant l'inclinaison et l'orientation des modules PV Source: www.outilssolaires.com

Paramètres de dimensionnement Intégration architecturale > Forme et contraintes techniques des capteurs utilisées pour produire des volumes architecturaux originaux et innovants. > Possibilités d'intégration très étendues et « coût limité » si modules considérés dès la conception Surimposés en toiture Intégrés en toiture Sur toitures terrasses Sur parois verticales Autres - Au sol - Sur décrochements de façades - Sur vérandas - En allège, auvent ou garde-corps - Capteurs en verrière

– Solaire thermique Production de chaleur Type de capteurs Principe de fonctionnement

Solaire thermique Marge de progression Capacité de production cumulée Période 2001-2006 Comparaison France / Allemagne

Solaire thermique Types de capteurs Capteur plan vitré Une vitre qui assure l’effet de serre Un corps noir absorbant le rayonnement solaire Un fluide caloporteur (Eau+Antigel) Un isolant thermique Capteurs à tubes sous vide Le fonctionnement est similaire à celui du capteur vitré mais le vide à l’intérieur des tubes permet de réduire les déperditions de chaleur. Ce capteur atteint ainsi des températures plus élevées.

Principes de dimensionnement Solaire thermique Principes de dimensionnement Chauffe eau solaire individuel (CESI) Évaluation des paramètres de l’installation Surface des capteurs volume de stockage Optimisation du dimensionnement (ratio économie / investissement) Évaluation des besoins ECS Système solaire combiné (SSC) Évaluation des besoins ECS Évaluation des paramètres de l’installation Surface des capteurs volume de stockage Optimisation du dimensionnement (ratio économie / investissement) Déperditions thermiques de l’habitation Régime chauffage

Principe de fonctionnement Solaire thermique Principe de fonctionnement Chauffe eau solaire individuel (CESI) Installation type Habitation occupée par 4 personnes 50 litres d’ECS / jour / personne 2 capteurs : 5 m² Ballon : 300L Appoint hydraulique ou électrique ECS Besoin annuel (kWh) 3110 Apport solaire (kWh) 2200 Taux de couverture 71%

Principe de fonctionnement Solaire thermique Principe de fonctionnement Système solaire combiné (SSC) Installation type Habitation 120 m² référence RT2005 (Déperditions 5 kW) 4 personnes – 50 litres d’ECS / jour / personne 5 capteurs : 12.5 m² Ballon combiné: 800L Appoint hydraulique et/ou électrique Cas du plancher chauffant (35°C-25°C) ECS Chauffage Besoin annuel (kWh) 3110 7110 Apport solaire (kWh) 1993 2299 Taux de couverture 64% 32% Taux de couverture total 42% Cas du radiateur haute température (75°C-65°C) ECS Chauffage Besoin annuel (kWh) 3110 7110 Apport solaire (kWh) 2240 990 Taux de couverture 72% 14% Taux de couverture total 31%

- Solaire photovoltaïque Production d’électricité Principe de fonctionnement Technologies Démarches administratives Mesures incitatives

Solaire photovoltaïque Marge de progression Capacité de production cumulée Période 2001-2006 Comparaison France / Allemagne

Solaire photovoltaïque Technologies Avantages Inconvénients Silicium monocristallin Bon rendement (12 à 19%) Non polluant lors de l’utilisation Mauvais rendement sous un faible éclairement Rendement variable avec la température Silicium polycristallin Bon rendement (11 à 14%) Moins cher que le monocristallin Rendement inférieur à celui du monocristallin Silicium amorphe en couche mince Fonctionnement sous un faible éclairement Moins cher que les structures cristallines Production annuelle plus constante Rendement inférieur à celui du cristallin (5 à 9%) Baisse de productivité au cours du temps Surface plus importante pour la même puissance La grande majorité des panneaux délivrent une puissance de 50 à 200 Wc (Watt crête. Le Watt crête représente la puissance avec un éclairement solaire de 1000 W/m² et température de 25° C

Solaire photovoltaïque Principes de dimensionnement Installation solaire photovoltaïque Surface disponible Volonté particulière d’intégration Dimensionnement de la puissance de la centrale Étude de rentabilité Fonds disponibles

Fil du soleil Énergie directement utilisée par le récepteur Solaire photovoltaïque Principe de fonctionnement Un générateur est composé de modules solaires reliés à un onduleur: Les modules transforment la lumière du soleil en électricité. L’onduleur convertit le courant continu en courant alternatif pour l'usage domestique (220V). Le système est relié au réseau électrique de distribution par un câblage électrique. Fil du soleil Énergie directement utilisée par le récepteur Système autonome Batterie de stockage et dispositif de contrôle et de régulation Systèmes connectés Injection partielle de la production sur le réseau Systèmes connectés Injection totale de la production sur le réseau

Solaire photovoltaïque Impact environnemental Une installation photovoltaïque génère-t-elle plus d'énergie qu'il en a fallu pour la mettre en place? Étude sur l'impact environnemental du photovoltaïque dans les pays de l'OCDE réalisée par Hespul avec le soutien de l'ADEME pour les pays membres de l'OCDE Deux indicateurs - Temps de retour énergétique défini comme le temps en années, nécessaire à un système photovoltaïque pour "rembourser" son contenu initial en énergie. - Facteur de retour énergétique défini comme le nombre de fois qu'un système va rembourser son contenu en énergie au cours de sa vie. Le temps de retour énergétique d'un système photovoltaïque complet : entre 19 et 40 mois pour un système monté sur toiture entre 32 et 56 mois pour un système monté en façade (vertical). En se basant sur la durée de vie communément admise de 30 ans, le facteur de retour énergétique est entre 8 et 18 pour un système monté sur toiture et entre 5,4 et 10 pour les installations en façade. Principaux résultats Une installation d'1 kWc de panneaux photovoltaïques (plus ou moins 10 m²), peut éviter jusqu'à 40 tonnes d'émissions de dioxyde de carbone (CO2) durant l'entièreté de sa vie commerciale pour une installation sur toiture.

Solaire photovoltaïque Contrat d’achat Obligation d’achat de l’électricité produite ● Contrat d’achat de l’électricité par EDF Puissance inférieure à 12 MWh (≈ 120 000 m²) DRIRE, DIDEME Émis par EDF AOA (Administration des Obligations d’Achat) ● Conditions d’achat de l’électricité produite Métropole base à 30 c€HT/kWh, prime d’intégration de 25 c€/kWh > 55c€HT/kWh Corse, DOM, St Pierre et Miquelon et Mayotte base à 40 c€HT/kWh, prime d’intégration de 15 c€/kWh > 55c€HT/kWh

Demande d’étude de faisabilité de raccordement Solaire photovoltaïque Raccordement au réseau public d’électricité > Contrat de raccordement DIDEME Émis par EDF AOA (Administration des Obligations d’Achat) > Conditions de raccordement Puissance < 36 kVA BT > 36 kVA BT > 250 kVA HT Coût du raccordement 300€ à 1500€HT Étude préalable d’EDF Location du compteur P<18kVA : 46.68€HT/an P>18kVA : 50.52€HT/an 576€HT 1069€HT Procédure administrative - Demande d’étude de faisabilité de raccordement

Synthèse des démarches administratives Solaire photovoltaïque Raccordement au réseau Synthèse des démarches administratives

– Dispositif d’aides financières Aide à la décision et à l’investissement Solaire thermique Solaire photovoltaïque Mesures incitatives

Solaire photovoltaïque Dispositif d’aides financières Mesures incitatives Entreprises/Collectivités

Dispositif d’aides financières Solaire thermique Dispositif d’aides financières Mesures incitatives Entreprises/Collectivités

Solaire photovoltaïque Solaire thermique Mesures incitatives Entreprises/Collectivités Rappel > Amortissements exceptionnels Le législateur a autorisé les Exploitants agricoles au régime du réel normal, les Collectivités et les Entreprises, à amortir leur installation solaire sur les 12 mois suivant sa mise en service. Arrêté du 27 décembre 2005 > Taxe Professionnelle TP Les installations solaires figurent aux actifs immobiliers des bilans des exploitations agricoles et des entreprises. Le législateur a instauré un abattement de 50 %. Bulletin officiel des impôts N°107 du 20 Juin 2002 Collectivités Peuvent porter cette réduction de 50% à 100 % pour les matériels destinés à économiser l'énergie acquis ou créés à compter du 1er janvier 1992. La délibération doit être prise avant le 1er juillet, pour être applicable l'année suivante.

> Crédit d’impôt jusqu’à 50% du montant TTC matériel Solaire photovoltaïque Solaire thermique Mesures incitatives Particuliers Rappel > Crédit d’impôt jusqu’à 50% du montant TTC matériel > TVA à 5.5% (installation < 3kVA) Collectivités > Sur délibération du CM: Augmentation du COS 20% (critères de performance énergétique et recours aux énergies renouvelables) – Art R111-21 CCH > Aides financières complémentaires à l’investissement

– Exemples Exemples intégration Entreprise Particulier Collectivité

Intégration architecturale

Projet Entreprise Nombre de capteurs : 212 de 170 Wc Puissance installée : 36 kVA Surface installée : 276 m² Type : Polycristallin intégré Coût du projet : 268550 €HT Coût en €/Wc: 7.45 €/Wc Aides mobilisables : de 1 à 2.4 €/Wc Production annuelle estimée: 40.8 MWh/an Gain annuel : 23 000 €HT

> Évolution du gain annuel (k€) > Trésorerie cumulée > Répartition des coûts Poste Détail Coût annuel Assurance Responsabilité civile ≈ 4% gains annuels Maintenance Onduleur(s), vérification 0.1 à 1% de l’installation Frais accès réseau Location, entretien, contrôle, relève 30 à 1069 €HT

Projet Particulier

Projet Collectivité