Colloque AMEMP/SDIS13 Les enjeux du photovoltaïque Intérêts et risques

1. Colloque AMEMP/SDIS13 Les enjeux du photovoltaïque Intérêts et risques ENERGIES NON GENERATRICES DE GAZ A EFFET DE SERRE 17 octobre 2011 L’énergie solaire et ses applications Patrick Bouchard PÔLE DE COMPETITIVITE NATIONAL PÔLE REGIONAL D’INNOVATION ET DE DEVELOPPEMENT ECONOMIQUE SOLIDAIRE PÔLE D’EXCELLENCE DE CORSE

2. Sommaire • Promouvoir les solutions énergétiques • sans gaz à effet de serre • Quelques mots sur le pôle Capenergies • Les filières technologiques du solaire • Les perspectives du PV • Les orientations de Capenergies • Exemples de projets • Les attentes de Capenergies • Intervention de Denis Blanquet • sur le solaire PV et la plateforme Megasol

3. La vocation de Capenergies

4. 9 domaines d’activité pour répondre aux enjeux énergétiques ENERGIES PRIMAIRES GESTION DE LA CONSOMMATION  Hydrogène 1 domaine  Vecteurs énergétiques  Stockage d'énergie EQUILIBRE DE L’OFFRE ET DE LA DEMANDE • Énergies primaires renouvelables •  Solaire 1 domaine •  Éolien 1 domaine •  Biomasse 1 domaine •  Bioénergies • Hydraulique 1 domaine • Énergies de la mer • Géothermie Maîtrise de la demande en énergie (Hors production d'énergie)  Bâtiments 1 domaine  Équipements  Transports  Processus industriels Couplage et intégration des systèmes énergétiques  Plate formes de couplage 1 domaine  Réseaux électriques Énergies primaires nucléaires  Fission 1 domaine  Fusion 1 domaine Page 4

5. Croissance continue du nombre de membres • > 510 membres (cotisants + laboratoires) • sur la thématique de l’énergie Page 5

6. Un réseau de membres et partenaires

7. L’ambition de Capenergies • Etre le pôle de référence national, • reconnu au niveau international pour • une approche intégrée de l’énergie sans gaz à effet de serre • intégration et couplage des énergies non carbonées sur les systèmes isolés ou insulaires, et sur les zones de fragilité des grands réseaux interconnectés, • développement des Energies Renouvelables garanties et des solutions d’insertion des Energies Renouvelables intermittentes • développement de la Maîtrise de la Demande en Energie adaptée à nos territoires • compétitivité et développement des filières industrielles (PME, laboratoires de recherche), au service de l’attractivité, du développement scientifique et économique de ses territoires

8. Les missions de Capenergies Page 8

9. Aider au développement de projets innovants Contribuer à la réalisation de projets innovants en s’appuyant sur nos forces et mettre en œuvre des projets structurants centrés sur nos thématiques d’excellence, 415 projets examinés, 384 projets labellisés, 178 projets financés à date Une typologie de projets couvrant les différentes maturités (TRL de 1 à 9), les projets structurants et les projets exemplaires Projets d’innovation visant à augmenter les performances et réduire les coûts Projets de plateformes technologiques ou de service Projets de démonstrateurs Projets industriels Projets à valeur d’exemple ou de vitrine Projets de formation

10. Rapport d’activités 2005 - 2010 Capenergies : les 4 domaines les plus actifs représentent 80% du nombre de projets

11. Rapport d’activités 2005 - 2010 Capenergies : une forte contribution de l’ANR et des collectivités au financement des projets (en nombre)

12. Animer le réseau de membres et accompagner les PME • Animer les domaines en réunissant entreprises, laboratoires, formateurs et territoires, • Soutenir les PME, dans leur croissance: • Levée de fonds, • Propriété intellectuelle, • Industrialisation, • Gestion des compétences, • RSE • Accès à l’international • Faciliter l’accès des PME aux grands programmes et leur développement commercial par la mise en place d’outils de communication

13. Dynamiser l’action du pôle sur ses axes prioritaires, • Eclairer et soutenir les politiques énergétiques territoriales, nationales et européennes • Cartographier les filières, identifier les forces et faiblesses, rapprocher besoins des territoires et position des membres, • Coopérer de façon ciblée avec les autres Pôles/Prides • Cibler et développer les coopérations internationales, • Cibler et développer les formations • Valoriser le label Capenergies pour que les membres puissent s’en prévaloir. Valoriser l’action et l’image de Capenergies par la preuve,

14. Positionner Capenergies dans une vision régionale et nationale en collaboration avec d’autres pôles Comité de coordination des pôles Energie (Tenerrdis, Derbi, S2E2) Collaboration étroite avec Tenerrdis sur filières industrielles, programmes structurants et « KIC Innoenergy » Collaboration avec MER PACA sur les énergies marines Collaboration avec Pegase sur énergies et aéronautique Interpôle PACA sur les Solutions durables pour villes côtières (Risques, Mer PACA, SCS) Interpôle PACA CORP sur programmes structurants (Pegase, Risques, Optitec) Partenariat étroit avec les Agences de Développement Economique départementales pour l’implantation d’entreprises sur nos territoires

15. Les filières technologiques solaires Thermique Thermodynamique Photovoltaïque Page 15

16. Contexte : Les technologies solaires • Solaire Photovoltaïque(du petit système électrique autonome aux grandes centrales) • Solaire Thermique(Eau chaude sanitaire, chauffage habitat) • Solaire à Concentration Thermodynamique (Centrales du désert)

17. Le solaire thermique - Applications • Types d’application • Eau chaude sanitaire (CESI) • Chauffage de l’habitat par plancher basse température • Piscines • Rafraîchissement (tubes sous vide uniquement) • Centrales Thermodynamiques basse température

18. Le solaire thermique - Principe • Conversion du flux lumineux en chaleur basse température • De 20°C à 120°C • Absorbeur métallique avec couche peu émissive (noir) • Collecteurs à air ou à eau glycolée • Capteurs plans vitrés ou non (effet de serre) • Tubes sous vide (évite les pertes par conduction) • Fonctionne avec le flux direct + fort albédo

19. Le solaire thermique - Marché • Chauffage Habitat : Europe • ECS : Europe + Méditerranée • Rafraichissement : Méditerranée • Centrales : Méditerranée • Dessalement : Méditerranée

20. Le solaire à concentration - Principe • Concentration par miroirs de la lumière vers un foyer • Conversion du flux lumineux en chaleur haute température • 3 types de concentrateurs : • Cylindro – parabolique et Fresnel (250°C à 400°C) • Tour(450°C à 1000°C) • Parabolique(600°C à 1200°C)

21. Solaire à concentration –Réalisations Centrales cylindro-paraboliques 9 centrales en service depuis 1984 en Californie P = 354 MW Centrales à tour 2 de 20MW en service en Espagne Centrales Fresnel En développement

22. Le solaire à concentration - Contraintes • Fonctionne exclusivement avec le flux direct utilisation dans zones arides à forts ensoleillements (direct normal > 2000 kWh/m2/an)Concerne néanmoins 70 villes de plus de 1 millions d’habitants Source: C. Philibert (1991) Source: DLR (2001)

23. Couche anti-reflet Silicium dopé n - Zone de jonction Silicium dopé p + Le Solaire Photovoltaïque - Principe • Effet photovoltaïque = interaction des photons lumineux avec des électrons d’un matériau semi-conducteur. • Observé dès 1839 par le physicien français Antoine César Becquerel • Valeurs types pour une cellule polycristalline 100 cm2 sous 1000W/m2 : • Vco 0,6V Icc 3A (proportionnel à l’éclairement) • Vmpp 0,5V Impp 3A • Pmpp 1,5W Rendement cellule  15%

24. Filière solaire Equipementiers / process Production / gestion Ingénierie / installation Matériaux / Composants ENRpool Ainelec Recherche Panneaux solaires Equipements pour PV

25. Les perspectives du solaire PV Page 25

26. Quelques chiffres sur la filière photovoltaïque • Puissance PV installée dans le monde 38 000 MWcen croissance de 16 000 MWc installés en 2010, • Dont 29 300 MWcen Europe, soit une production de 22,5 TWh en augmentation de 120% par rapport à 2009, • Puissance PV cumulée en Allemagne 17 370 MWcdont 50 MWc off grid, • À comparer à 1 054 MWc en France dont 29 MWc off grid(5 ième rang des pays d’Europe) • Puissance PV par habitant en Allemagne 212 Wc/hab à comparer à 16 Wc/hab en France (10 ième rang en Europe, moyenne EU à 58,5 Wc/hab) • Chiffres 2010, sources Eurobserv’Er – avril 2011

27. Comparaisons à l’échelle de l’Europe PV = 2% de l’électricité en Allemagne 4 GWc en attente de raccordement en Italie La France en retard

28. La production photovoltaïque dans le monde > 27 GWc de production mondiale en 2010

29. Les perspectives de la filière photovoltaïque > 100 GWc de production mondiale en 2020

30. Les orientations de Capenergies • Sur le solaire • Sur l’intégration du solaire • dans les « smart energygrid » • Sur le stockage de l’énergie Page 30

31. Opportunités d’innovation et de marchés Photovoltaïque : La technologie classique des cellules photovoltaïques en « couche épaisse » est concurrencée par de nouveaux concepts, dits « en couches minces ». Leurs rendements restent à améliorer. Pour des raisons de contraintes d’espace, le développement du solaire devra concerner d’autres surfaces déjà disponibles. Thermique : Des évolutions technologiques sont notamment à envisager pour réduire les coûts dans des process de fabrication de masse des capteurs. Thermodynamique : Le solaire thermodynamique présente des atouts importants (coûts de production, capacité de stockage) et peut encore faire l’objet d’innovations significatives, notamment en technologie Fresnel et en stockage. Solaire photovoltaïque/thermique/thermodynamique 31

32. Orientations stratégiques des projets Développement et structuration d’une filière industrielle PV régionale s’appuyant notamment sur les installations en cours (Nexcis, Tournaire Solaire Energie, Solaire direct, Komax, Checkup Solar) et les acteurs de la micro-électronique (STMicroélectronics, Atmel…). Optimisation des systèmes basés sur le solaire thermique Déploiement de démonstrateur de production Proposition de projets industriels dans le cadre du Plan Solaire Méditerranéen Projet de plateforme technologique MEGASOL solaire PV et solaire thermodynamique avec ou sans concentration Solaire photovoltaïque/thermique/thermodynamique • « Le Solaire » au sein de Capenergies: • 78 membres cotisants • 33 projets financés 32

33. L’insertion du solaire dans les réseaux énergétiques intelligents Opportunités d’innovation et de marchés Insertion massive d’ ENR sur les réseaux électriques dans une approche cohérente des ENR, du stockage et de la gestion de l’efficacité énergétique Acquisition d’un savoir-faire spécifique sur ces thématiques (du capteur au moyen de présentation au client) Orientations stratégiques des projets A partir des enseignements du projet PREMIO, les développements concernent : Le « smart home » Les systèmes interconnectés Le stockage de l’électricité et de la thermique Le pilotage dynamique Le service associé La sécurisation électrique d’un territoire L’autonomie énergétique d’une ile • « Les réseaux énergétiques intelligents » au sein de Capenergies: • 27 membres cotisants • 38 projets financés 33

34. Exemple d’applications de stockage des EnR • Lissage de la production : pour une production EnR moins variable

35. Exemple d’applications de stockage des EnR • Optimisation de la prévision EnR : le stockage est un tampon permettant une production EnR en temps réel égale aux prévisions (à J-1 par exemple)

36. Stockage d’énergie : Les différentes réserves du réseau Réponses rapides • Réserves primaires (décentralisées) • Équilibrer consommation et production • Stabiliser la fréquence du réseau • Temps de réponse : <0,5s (insulaire) • Durée de sollicitation : 15 minutes • Réserves secondaires • Reconstituer les réserves primaires • Retrouver la fréquence nominale • Temps de réponse : 100 à 200s • Durée de sollicitation : jusqu’à 30 minutes • Réserves tertiaires • Reconstituer les réserves primaires et secondaires • Recaler les programmes de production • Éliminer les surcharges réseau • Obtenir l’optimum économique de la répartition de production • Durée de sollicitation : plusieurs heures Supercapacités Volants d’inertie Batteries Pneumatique Hydrogène Hydraulique gravitaire Grandes autonomies Sources : EDF, GEE

37. Source: Electric Energy Storage - Technology benchmark Source: SIEMENS 2010 presentation to EU Workshop

38. Exemples de projets Solcis Myrte Solairemed Page 38

39. Solaire photovoltaïque >Exemples de projets de R&D financés en 2010, structurant pour des filières industrielles du pôle CAPENERGIES Projet SOLCIS: Porté par la PME Nexcis, le projet SOLCIS associe 7 autres entreprises (Amplitude Systèmes, Eolite Systems, Komax, Mondragon Assembly, Qualiflow-Therm, Rescoll et Solems) et 6 laboratoires publics (Armines, CMP, IM2NP, IRDEP, LCP et LP3 ). Le projet vise à développer deux nouvelles générations de modules photovoltaïques « couches minces » (CIGS). Aide OSEO dans le cadre du Programme ISI (Innovation Stratégique Industrielle ) de 9,8 M€ sur un programme de 2 ans d’un coût total de 24,8 M€. Page 39

40. Projet MYRTEEcrêtage de pointes sur un réseau insulaire

41. Le projet MYRTE Ecrêtage de pointes • Démonstration de puissance de stockage d’énergie photovoltaïque • Centrale PV : 550kWc • Tranche 1 : 100kW / 1,75 MWh • Tranche 2 : 200kW / 3,5 MWh • Récupération de chaleur : cogénération à basse température (60-80°C) • Stockage de l’énergie • Hydrogène : 2800 Nm3 (~250kg) • Oxygène : 1400 Nm3 (~ 2000kg) • Pression de stockage : 35bars 2006-2009 T3 2009 T2 2011 2011-2013 2013-2015 100kW installés Stockage de 3.5MWh installés Etudes préliminaires Spécifications techniques et montage du projet Spécifications finales du système Démolition de l’ancienne centrale solaire Démarrage de l’unité de stockage de 100kW / 1750 kWh R&D : Validation, expérimentation, modélisation Augmentation de la puissance à 200kW Retour d’expérience Expérimentation de différentes applications

42. Exemple d’un projet structurantProjet Myrte: stockage pour les EnR intermittentes

43. Projet SOLAIREMED - IQSUN MB

44. Projet SOLAIREMED - IQSUN MB

45. Projet SOLAIREMED - IQSUN MB

46. Les attentes de Capenergies pour ce colloque • Intégrer les besoins en sécurité afin de contribuer à faire émerger des projets répondant à ces besoins, • Adapter et proposer des plateformes pour de l’expérimentation et de la formation, • Améliorer notre compréhension et notre capacité à orienter nos parties prenantes (membres, collectivités,…)

47. 3 membres porteurs Avec le soutien de…