L'énergie solaire

Les énergies renouvelables sont dues au soleil

Le soleil, bien que distant de plus de 150 millions de kilomètres de la Terre, est notre plus grande source d'énergie. C’est en effet à son rayonnement que l’on doit les autres énergies renouvelables. Le soleil est à l’origine du cycle de l’eau. L’échauffement de l’air et de l’eau crée les vents et les courants marins, alors que la lumière assure la croissance des plantes.
En Suisse, par temps clair, le soleil délivre un peu plus d’un kilowatt par mètre carré. Mais cette valeur baisse avec la moindre brume, tombe à 0.4 KW/m2 en hiver et disparaît complètement pendant la nuit.

Un formidable potentiel

L’énergie solaire recèle un double potentiel :

• on peut récupérer la chaleur du soleil, pour chauffer de l’eau, des serres, des maisons et cuisiner grâce aux fours solaires.
• on peut aussi optimiser et convertir les rayons lumineux en électricité à l’aide de cellules photovoltaïques ou de centrales héliothermiques.

Récupérer la chaleur du soleil

Si les humains ont toujours essayé d’utiliser au mieux la chaleur du soleil, depuis les années 1970 les techniques ont fait un véritable bond technologique et le solaire passif est plus que jamais d’actualité.
Les architectes optimisent la conception des bâtiments pour profiter au maximum de l’ensoleillement afin de réduire les besoins en chauffage.

Une architecture qui tire parti du soleil Source : www.solstis.ch

Les panneaux solaires thermiques sont aujourd’hui très répandus. Ils captent la chaleur du soleil pour chauffer l’eau sanitaire, celle des piscines ou contribuer au chauffage des locaux. Un mètre carré de capteur associé à un stock d’eau chaude de 100 litres par personne permet de couvrir 50 à 70% des besoins annuels d’eau chaude.
Dans un autre registre, les centrales solaires thermiques ont aussi de l’avenir dans les régions bien ensoleillées (recevant au moins 2000 KWh de radiations solaires). Des miroirs concentrent la chaleur du soleil à haute température et la vapeur produite actionne des turbines à vapeur tout à fait conventionnelles.

Transformer la lumière en électricité

Les rayons lumineux peuvent être convertis en électricité grâce à «l’effet photovoltaïque». C’est le physicien Becquerel qui a découvert, en 1839, que le rayonnement solaire se transorme en électricité lorsque les photons (particules de lumière) parviennent à animer les atomes de certains matériaux. Mais ce n’est qu’en 1954 que cette découverte a été appliquée pour la première fois, sur les satellites américains.

Le solaire libre de toutes attaches

L’électricité solaire est une solution idéale pour les lieux isolés et réclamant peu de puissance : chalets d’alpage, cabanes de montagne, bateaux, émetteurs et balises. Mais le courant solaire peut aussi être produit à grande échelle par des centrales photovoltaïques reliant plusieurs milliers de panneaux entre eux.

Les centrales solaires thermiques

Les centrales héliothermiques concentrent le rayonnement du soleil en un point pour produire une chaleur intense. Celle-ci est convertie en vapeur, laquelle actionne des turbines et des alternateurs qui produisent de l’électricité. Il existe plusieurs types de centrales solaires qui se distinguent par la manière dont on focalise les rayons solaires.

• Les centrales à collecteurs cylindro-paraboliques qui concentrent les rayons afin d'élever la température jusqu'à 500°C
• les centrales à tour, sortes de belvédères cernés par un champ de miroir orientables situés sur le sol (les "héliostats") qui renvoient les rayons solaires vers le haut de la tour où est installée une chaudière
• les collecteurs paraboliques qui ressemblent à nos antennes TV. Ils sont dirigés en permanence vers le soleil et concentrent les rayons vers le point focal de cette parabole. Les deux dernières techniques qui concentrent les rayons vers un point, peuvent atteindre des températures allant jusqu'à 1000 °C.

Les centrales solaires sont aujourd’hui rentables, mais à deux conditions. Une excellente transparence atmosphérique, associée à un ensoleillement qui dépasse 1900 KWh par mètre carré et par an sont impératifs.
La Suisse, avec ses brouillards et son ensoleillement insuffisant ne remplit pas les conditions d’une centrale héliothermique.

Ces installations sont la seule technique solaire susceptible de remplacer les centrales fossiles et nucléaires en termes de puissance. Des projets pilotes en Espagne et aux Etats-Unis sont prometteurs.

Un marché en pleine croissance

La production d’électricité photovoltaïque est aujourd’hui un secteur en pleine croissance.
Dans les cinq dernières années, la croissance a été de 30% en moyenne et les estimations pour les 20 prochaines années sont du même ordre.

• L’électricité solaire est aujourd’hui plus chère que le courant traditionnel, mais les coûts diminuent d’environ 5% par année.
• Les actions du solaire ont le vent en poupe, de nombreuses entreprises sont récemment entrées en bourse et les banques proposent désormais à leurs clients d’investir dans ce marché.
• En multipliant par quatre la capacité de production mondiale, le prix des capteurs pourrait être divisé par quatre et l'énergie photovoltaïque serait alors compétitive avec les sources d'énergie traditionnelles. Cette baisse de prix sera profitable aux pays en voie de développement.
• Les grosses compagnies pétrolières ne veulent pas rater le coche et ont déjà investi le solaire. C’est le cas de Shell avec Shell Solar, BP avec BP Solar ou encore Total avec Total Energie.
• Aujourd’hui, pratiquement toute la production des panneaux solaires se fait au Japon, aux Etats-Unis et en Europe. Quatre entreprises se partagent la moitié du marché :Sharp, Kyocera, BP Solar et Mitsubishi Electric. Les autres grands fabricants sont Allemands ( Q cells, RWE Schott Solar et Deutsche Cell), Japonais (Sanyo), Américain (Shell Solar) et Espagnol (Isofoton). 

L’énergie solaire est à la fois abondante et disponible partout sur la Terre. Son potentiel est immense. Cependant, comme c’est le cas pour toute technologie, son exploitation présente à la fois des avantages et des inconvénients.

Les points positifs

• Energie silencieuse, abondante, renouvelable et propre.
• Technologie performante, en progrès continuel et très fiable.
• L’énergie solaire est modulaire et adaptable aux besoins.
• En fin de vie, les matériaux de base (cadre d'aluminium, verre, silicium, supports et composants électroniques) peuvent tous être réutilisés ou recyclés.
• L’énergie du soleil est gratuite.
• Les coûts de fonctionnement sont faibles.
• La plupart des fournisseurs sont certifiés ISO-14001 et certains fabriquent même leurs modules avec de l’électricité solaire.

Les inconvénients

• L’énergie solaire disponible varie selon la météo, l’heure de la journée ou encore la saison.
• La production d'une cellule photovoltaïque est onéreuse, polluante et gourmande en énergie.
• Le bilan énergétique du solaire est faible. Pour une durée de vie de 25 ans, la cellule ne produit que quatre fois plus d’énergie qu’elle n’en a utilisé pour sa fabrication.
• Le rendement des panneaux solaires n’est pas très bon. Il est actuellement compris entre 5 et 20%, selon le type de cellules de silicium utilisées.

Le solaire thermique

Le solaire photovoltaïque

Le solaire photovoltaïque est en plein boom dans le monde entier.

L’Union européenne en est à 4'689.9 MW installés en 2007, soit une croissance de 36% par rapport à 2006.

Au Japon et en Allemagne, le solaire photovoltaïque est une priorité nationale. A eux deux, ils totalisent 72% des installations mondiales.

L’Espagne occupe le deuxième rang européen (516 MW en 2007), derrière l’Allemagne qui caracole loin devant (3846 MW).

Viennent ensuite l’Italie et le Portugal qui a mis en service une centrale de 11MW à Serpa, dans le sud du pays.

Un marché très juteux

Les fabricants leaders sont Sharp (Japon), Q-Cells (Allemagne) et Suntech (Chine).

Aujourd’hui, les trois quarts des panneaux solaires sont construits en Europe (surtout en Allemagne), au Japon et en Chine.

La Suisse ne tire pas plus de 0.5% de ses besoins en chaleur et 0.05% de sa consommation d’électricité du soleil. Le potentiel dont elle dispose est plus élevé, cependant. En exploitant correctement ses atouts, la Suisse pourrait produire, grâce à l’énergie solaire, un tiers de ses besoins en chaleur et un tiers de son électricité

• En 2007, les capteurs thermiques occupaient une surface de 670’000 mètres carrés en Suisse contre 3 millions de m2 en Autriche et 9 millions de m2 en Allemagne. Et pourtant, la surface de toits exploitables en Suisse est de 400 millions de m2 !

Le solaire thermique
L’engouement pour le solaire thermique a touché la Suisse au début des années 1990 et depuis, la croissance se poursuit régulièrement, quoique lentement. Environ deux mille installations pour chauffer l'eau sanitaire ou assurer l'appoint de chauffage sont réalisées par an. La surface de toitures équipées augmente ainsi de 12% par an.

Le solaire photovoltaïque
En 2007, le solaire photovoltaïque a couvert 0,04% de la consommation suisse d’électricité.
Compte tenu des conditions d’ensoleillement de notre pays, la production d’électricité d’un mètre carré de panneau solaire se situe entre 100 et 150 KWh/an. Pour couvrir 1% de la consommation d’électricité du pays, il faudrait donc que chaque logement soit équipé d’un panneau photovoltaïque d’1,5 m2.

Des panneaux photovoltaïques sur le toit de l’école de voile « Les Corsaires » en rade de Genève. © Auteur: Canton de Genève

Signe positif, plusieurs grandes centrales photovoltaïques, Solar 3 à Verbois, dans le canton de Genève, le stade du Wankdorf à Berne sont entrées en production depuis 2005. L’électricité produite est vendue sous l’appellation courant vert.

Subventions et aides financières

Du côté de la Confédération
Une disposition de la loi fédérale sur l'énergie prévoit que la Confédération peut allouer des contributions globales annuelles aux cantons, dans la mesure où ceux-ci ont un programme de soutien aux énergies renouvelables. Berne ne finance pas les projets isolés.

Sous la responsabilité des cantons
La plupart des cantons accordent une aide financière pour les installations d’énergie renouvelable, sous forme de subventions et de déductions fiscales. A Genève, les aides financières sont étudiées au cas par cas.

Bientôt une centrale héliothermique en suisse ?
Le projet Solar Power System
En Suisse, le rayonnement direct est insuffisant en plaine pour installer une centrale solaire rentable. En revanche, on trouve de meilleures conditions d'ensoleillement en altitude. Dans les années 1970, de nombreux projets ont été imaginés pour installer de petites centrales thermiques (de 100 KWe à 1 Mwe) dans les Alpes.

Depuis 1995, un laboratoire de l’Ecole Polytechnique de Lausanne cherche à mettre au point une petite centrale thermique solaire pilote de 10 KWe, d’abord destinée aux pays dans lesquels l’ensoleillement direct moyen excède 2000 KWh/m² par an. Depuis 2000, des KWh solaires ont été produits à L’EPFL. Les recherches se poursuivent pour aboutir à des centrales de cogénération compactes et bon marché.

SIG soutient activement la production d’électricité photovoltaïque du canton. D’abord en rachetant le courant solaire fourni par les petits producteurs indépendants. Ensuite par la mise en service, pendant l’été 2005, de SIG Solar 3, sa troisième centrale photovoltaïque. Résultat, la production de courant solaire a doublé à Genève.

La centrale SIG Solar 3

SIG a inauguré Solar 3 en juin 2005.
D’une puissance de 1 MW, elle est à ce jour la plus grande centrale solaire de Suisse.
Avec ce nouvel équipement, SIG garantit la proportion d’électricité d’origine solaire qui alimente SIG Vitale Vert et répond à la demande croissante de ses clients. En effet, un Genevois sur quinze a déjà opté pour le courant 100% écologique !

La production de Solar 3 ne permet pas, à elle seule, de répondre à l’engouement genevois pour les énergies renouvelables. SIG complète donc son approvisionnement en rachetant l’électricité solaire fournie par les producteurs genevois indépendants et, le cas échéant, par des achats dans d’autres cantons.

SIG achète le courant d'origine renouvelable

La nouvelle centrale photovoltaïque SIG occupe au sol une surface de 16'000m², soit un espace équivalent à deux terrains de football ou neuf patinoires de hockey. Elle est installée sur les terrains de l’ancien poste de transformation de Verbois.
Sa production représente la consommation d’environ 300 foyers genevois.
Ce projet, le plus grand de Suisse, permet de doubler la production d’énergie solaire sur le canton.

Tous les aspects liés au développement durable sont pris en considération dans la réalisation de cette centrale, notamment le recyclage des matériaux en fin de vie. Pour son intégration dans l’environnement naturel des Teppes de Verbois, des micro-habitats seront créés entre les rangées de panneaux pour les reptiles et insectes de la réserve attenante.

Cette centrale offre une accessibilité optimale pour l'accueil des visiteurs. Des tableaux présenteront les valeurs de production en temps réel.