Qu’est-ce que l’énergie solaire photovoltaïque ?

C’est l’énergie récupérée et transformée directement en électricité à partir de la lumière du soleil au moyen de capteurs photovoltaïques.

La cellule photovoltaïque solaire – un dispositif utilisant l'effet photovoltaïque – permet de convertir directement le rayonnement solaire en énergie électrique. Un système photovoltaïque consiste en un ensemble de cellules montées sur un module qui sont reliés en série, en parallèle ou de façon combinée.

Les technologies photovoltaïques existantes ont atteint différents degrés de développement. Outre le photovoltaïque, plusieurs autres techniques sont utilisées pour produire de l’énergie solaire.

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État de la situation dans le monde

L’industrie photovoltaïque mondiale a progressé considérablement depuis une décennie. Sa capacité installée est passée de 1,8 GW à plus de 400 GW durant la période 2001-2017. Cela représente une augmentation annuelle moyenne de près de 38 %.

En 2017, sur une base similaire à celle de 2016, cette industrie a de nouveau battu plusieurs records et poursuivi son expansion mondiale, atteignant presque le seuil des 100 GW en nouvelles installations.

En 2017, les systèmes photovoltaïques affichaient une production de près de 500 TWh, soit environ 2,1 % de la demande totale en électricité à l’échelle planétaire.

Les systèmes photovoltaïques raccordés à un réseau électrique occupent environ 95 % du marché actuel et les systèmes hors réseau, environ 5 %.

Qu’en est-il au Québec ?

Bien que peu répandue, la filière solaire photovoltaïque décentralisée existe bel et bien au Québec. On compte actuellement plus de 500 autoproducteurs d’énergie solaire photovoltaïque.

Quant à la production centralisée à grande échelle, le plan d’action de la politique énergétique du gouvernement du Québec prévoit la mise en œuvre d’un projet de développement solaire. Hydro-Québec pourra ainsi proposer un portefeuille de projets diversifié en offrant la souplesse nécessaire pour répondre à l’évolution des besoins et du contexte énergétique.

Potentiel solaire photovoltaïque : une ressource intermittente

La ressource solaire est relativement prévisible quand on parle de production annuelle. Par contre, lorsqu’il s’agit de la production à une période donnée, elle dépend fortement de l’heure de la journée, des conditions climatiques, de la présence de nuages et de la saison.

La production d’énergie solaire étant en soi intermittente, l’autoproducteur doit utiliser des dispositifs de stockage ou être relié au réseau d’Hydro-Québec – en bénéficiant de l’option de mesurage net – pour être alimenté en électricité de manière continue.

La ressource solaire est peu, voire pas du tout disponible en période de pointe hivernale au Québec, le matin et le soir. En conséquence, la production d’une centrale solaire à grande échelle, généralement maximale en été et à midi, est peu adaptée au profil de charge du Québec, particulièrement dans le nord.

L’insolation journalière varie selon la région du Canada. Dans le sud du Québec où se concentre la grande majorité de la population, le potentiel solaire est supérieur à celui de l’Allemagne et similaire à celui du Japon, pays qui figurent néanmoins parmi les chefs de file du marché mondial de l’énergie solaire photovoltaïque.

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Rendement, facteurs d’utilisation et coûts

Au cours de la dernière décennie, les rendements moyens des modules commerciaux à base de silicium cristallin ont augmenté d'environ 12 % pour atteindre une plage variant entre 17 % et 17,5 %.

Toutes les technologies photovoltaïques commerciales sont plus efficaces lorsqu’il fait froid, et la puissance peut augmenter jusqu’à 30 % sous une même insolation entre les saisons d’été et d’hiver.

Le facteur d’utilisation annuel varie aussi d’une région à l’autre selon la quantité de rayonnement solaire : environ 15 % en moyenne au Canada et de 25 à 30 % dans les sites les plus intéressants aux États-Unis. La performance des systèmes solaires dépend du climat, mais principalement de la puissance du rayonnement solaire disponible au sol et de l’efficacité de conversion de la technologie photovoltaïque utilisée.

Le principal frein à l’essor de la filière solaire photovoltaïque demeure les coûts d’investissement. Au cours de la dernière décennie, une industrie a vu le jour par suite d’incitatifs généreux en faveur du développement, notamment de systèmes raccordés à un réseau électrique. Cependant, ces dernières années, on a constaté une importante baisse des coûts et la disparition progressive de ces incitatifs. En fait, en 2018, dans plusieurs régions du monde où la ressource solaire est abondante et l’électricité du réseau local, coûteuse, la production d’électricité d’origine photovoltaïque s’avère compétitive.

Cas particulier du Québec

En 2018 au Québec, les coûts d’investissement d’un petit système photovoltaïque décentralisé pour un particulier raccordé à un réseau sont encore largement supérieurs à ceux de l’électricité issue du réseau d’Hydro-Québec. Pourquoi ? En raison du très faible coût du kilowattheure.

Avantages et inconvénients

Avantages

  • Peu d'entretien, faible coût d’exploitation
  • Longue durée de vie (de 20 à 30 ans)
  • Disponibilité de la ressource solaire stable d’une année à l’autre
  • Grand potentiel de lieux d’installation (bâtiments, pare-soleil de stationnements, espaces ouverts, etc.)
  • Optimisation de la production avec l’utilisation d'un système de stockage d’énergie (ce qui se traduit par contre par une augmentation des coûts)
  • Peu de pièces en mouvement, voire aucune, ce qui limite le bruit, les inconvénients visuels et l’entretien
  • Concept évolutif ou modulaire (ajout de modules au besoin selon l’espace disponible), ce qui permet d’augmenter la puissance installée : dimensions variables

Inconvénients

  • Production nulle la nuit et variable le jour, parfois difficile à prévoir selon l’heure, les conditions climatiques et la saison
  • Système au sol exigeant un grand espace
  • Légère dégradation annuelle de la performance au fil du temps

Aspects environnementaux

Voici les principales caractéristiques environnementales des grandes installations photovoltaïques au sol :

  • Emprise importante mais inférieure aux autres sources d’énergie renouvelable ou traditionnelle
  • Impact visuel limité en fonction du site: nombre de modules, dimensions, couleur et brillance
  • Aucun impact sonore
  • Très faible utilisation d’eau à des fins de nettoyage (systèmes au sol)
  • Augmentation des risques de dégradation du sol dans les zones arides essentiellement
  • Impact sur les habitats naturels, fragmentation du territoire et perturbation de la faune
  • Peu d’impact direct sur la biodiversité dans le cas des centrales photovoltaïques intégrées dans les milieux bâtis
  • Conflits possibles avec d’autres activités : terres agricoles, routes et chemins d’accès, espaces boisés et bâtis (impact sur la valeur foncière)
  • Très faible utilisation d’éléments toxiques lors de la fabrication
  • Aucune émission de gaz à effet de serre et de contaminants atmosphériques en cours d’exploitation
  • Faible empreinte environnementale durant le cycle de vie