Un rapport du réputé Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires, publié en Allemagne en septembre 2020, conclut que le taux de retour énergétique (EROEI ou EROI, en anglais) des parcs de panneaux photovoltaïques (PV) européens oscille entre 16 et 19 pour 1. En Inde, où le soleil est abondant, ce rapport atteindrait le niveau prodigieux de 45 pour 1. Ceci rendrait cette forme d’énergie bien plus productive que le pétrole. Le rapport contient une foule d’informations sur l’évolution récente de la technologie PV, qui permet d’expliquer cette forte progression de l’EROEI.
Le rapport de l’Institut s’intéresse au temps de retour énergétique (en anglais : Energy payback time, ou EPBT), qu’on peut définir comme la période de temps nécessaire à un système de production d’énergie pour générer la quantité d’énergie utile consommée pour sa fabrication – autrement dit, en combien de temps le système rembourse-t-il son coût énergétique. Sachant ensuite combien de temps le système est censé durer, une simple règle de trois permet de calculer l’EROEI sur le cycle de vie de l’équipement.
Dans le cas du solaire en Sicile, qu’il propose en exemple, l’Institut Fraunhofer calcule qu’un parc solaire construit en 2019 aurait remboursé son coût énergétique en 1,07 année. Il considère aussi que ce parc va durer 20 ans, ce qui est assez conservateur, puisque les panneaux sont garantis pour 25 ans et qu’ils pourraient fonctionner 30 ans ou plus. Retentir le chiffre de 20 ans permet de tenir compte de la perte de rendement progressive du système et de coût (toutefois très faible) de démantèlement. Bref, si un panneau se rembourse en 1,07 année en Sicile, il produira 18,7 fois son coût énergétique en 20 ans soit un EROEI de 18,7 pour 1. Et si on utilise des panneaux européens de meilleure qualité que le matériel chinois, l’EPBT passe à 0,97 année, soit un EROEI de 20,6 pour 1.
Le rapport offre des données d’EPBT pour une variété de pays. Cette valeur varie principalement en fonction de l’ensoleillement de chaque pays, mais la qualité des installations électriques des parcs locaux joue aussi, le plus souvent en faveur des pays industrialisés. J’ai monté le tableau ci-dessus pour montrer l’EROEI correspondant. Il est à noter que ces données valent pour le PV chinois, de loin le plus courant. Avec des panneaux européens ou nord-américains, l’EROEI serait de 5 à 10 % plus élevé, atteignant le niveau fantastique de 50 pour 1 en Inde.
Pourquoi cette différence avec les données existantes?
Il existe beaucoup de chiffres très bas sur l’EROEI du PV, souvent compris entre 6 et 10. Ces chiffres devraient être pris avec un grain de sel, pour trois raisons :
1. Beaucoup de ces calculs sont déjà anciens (plus de cinq ans) et se fondent sur le retour d’expérience de parcs PV plus anciens encore, âgés de 10 à 15 ans, voire plus. Au rythme actuel d’évolution de cette technologie, ces données sont totalement périmées. Le rapport de l’Institut Fraunhofer se base sur des données de 2019.
2. Beaucoup d’études anciennes faisaient énormément appel aux données des parcs allemands ou britanniques, qui sont en place depuis longtemps, mais qui occupent des sites à faible ensoleillement, ce qui fausse les données. Les retours d’expérience plus récents venus de pays tropicaux montent mieux le plein potentiel de cette technologie.
3. Beaucoup d’études ajoutent des coûts énergétiques au PV pour tenir compte de l’installation de batteries ou d’autres systèmes visant à gérer l’intermittence. Ces ajouts, en plus d’être souvent arbitraires, transforment l’EROEI standard au point de production en EROEI étendu ou en EROEI au point d’utilisation, qui sont des mesures différentes. De plus, pour faire des comparaisons justes avec le pétrole, par exemple, il faudrait inclure le coût énergétique du transport par pétrolier, du raffinage et de la distribution vers les points de vente, ce qui n’est jamais fait.
Pourquoi le rendement énergétique du PV est-il en hausse?
Le rapport de l’Institut Fraunhofer contient une foule de données intéressantes sur l’évolution de la technologie photovoltaïque depuis dix ans. Par exemple, si le rendement des cellules n’a pas beaucoup progressé en conditions de laboratoire, depuis dix ans, le rendement moyen des cellules déployées sur le terrain (conversion de la lumière en électricité, à ne pas confondre avec le facteur de charge) est passé de 12 à 17 %. Cette hausse de production se reflète directement sur l’EROEI.
Par ailleurs, la fabrication des panneaux est également devenue moins énergivore. En 2007, une cellule PV au silicium exigeait 16 grammes de matériaux par watt de puissance. En 2019, ce chiffre n’était plus que de 4 grammes par watt. De plus, la performance interne des systèmes PV s’est améliorée. Avant l’an 2000, les pertes réduisaient leur rendement à 70 % environ. De nos jours, le rendement oscille entre 80 et 90 %. La technologie des onduleurs s’est perfectionnée elle aussi.
Données sur le déploiement
Le rapport fournit aussi une foule de données sur la production et le déploiement de l’énergie solaire dans le monde. Je me contenterai ici d’en reproduire deux. Le premier graphique représente le lieu de production des panneaux solaires dans le monde. On voit qu’avant 2005, la majorité des panneaux solaires étaient produits au Japon, en Europe et, dans une moindre mesure, aux États-Unis. Sans surprise, on constate que la Chine et Taïwan ont pris le relais depuis, bien que le « reste du monde » (Rest of the world, ROW) soit en progression depuis peu.
L’autre graphique montre, année par année, le déploiement cumulatif par région du monde. Comme l’Institut Fraunhofer est un organisme allemand, il compile les données allemandes à part de celles du reste de l’Europe. Ceci se justifie compte tenu de leur importance. Le graphique montre un progrès des déploiements qui est soutenu sans être explosif. Il montre aussi un déploiement actuellement beaucoup plus rapide en Chine et dans le « reste du monde » que dans les pays occidentaux et le Japon.
Au final, ce rapport comptant 50 fiches est une mine d’informations récentes dans un format facile à consulter.
Source :
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE with support of PSE Projects GmbH, Photovoltaics Report, 16 septembre 2020.
Énergie et environnement 
Avec le backup ?
J’aimeJ’aime
Bonjour M. Gauthier. Est-ce que les résultats de ce rapport récent de l’Institut Fraunhofer sur le solaire modifie le résumé que vous faites sur Mes positions/Énergies renouvelables concernant le solaire et les réserves que vous y formulez sur le rendement énergétique versus celle du pétrole ? Notamment, est-ce qu’il est toujours exacte de dire que ou peut-on dire maintenant que les rendements des PV sont plus avantageux que ceux des énergies fossiles? Étant néophyte en matières environnementales (mais super intéressée à parfaire mes connaissances), j’espère que mon questionnement est pertinent et clairement expliqué? Au plaisir de lire votre réponse. Marie Bélanger, Varennes (Qc) / membre Qs Verchères.
J’aimeJ’aime
Bonne question. Oui, je pense qu’il faudrait que je modifie légèrement le «Mes positions». Je l’ai écrit en 2018 et de nouveaux faits sont apparus depuis, dont cette étude. Notons quand même que je ne crois pas que nous pourrons mettre en oeuvre tout le programme de a transition écologique d’ici 2050. Le financement du programme et ses exigences élevées en matière de financement, des ressources et d’espaces font en sorte qu’il ne sera probablement pas complété. Mais le problème n’est pas que la technologie soit inefficace: elle l’est plus qu’on le pense – beaucoup d’objections datent – et la gestion de l’intermittence fait des progrès intéressants.
J’aimeJ’aime
Oups il manque un bout à mon commentaire précédent à savoir: Notamment, est-ce qu’il est toujours exacte de dire que -> ,Le solaire photovoltaïque et l’éolien présentent maintenant des rendements COMPARABLES à celui du pétrole> ou …
J’aimeJ’aime
Je dirais que parler de rendement quand on compare une ressource à quantité finie et une ressource renouvelable donc illimitée n’est pas judicieux étant donné que pour la renouvelable il suffit d’installer suffisamment de systèmes pour générer suffisamment d’énergie dont on a besoin quelque-soit le rendement.
D’autres parts cela dépend également de l’utilisation finale, si c’est pour chauffer le pétrole a un rendement proche de 100% car quand il brûle il dégage toute son énergie en chaleur alors qu’un système à base de renouvelable en sera très loin.
En revanche si on utilise l’énergie pour s’éclairer c’est le solaire qui a un rendement parfait.
Donc il vaut mieux regarder l’EREOI plutôt que le rendement.
J’aimeJ’aime
Je ne suis pas sûr dans quel sens vous entendez ici le mot «rendement». Dans le sens d’énergie nette?
Vous avez raison pour l’énergie finale, mais il faut quand même souligner que le pétrole est rarement utilisé pour produire de la chaleur, de nos jours. Pour entraîner des moteurs, l’électricité présente presque toujours de meilleures rendements. Un moteur à combustion interne transforme au mieux 30-37% de son carburant en travail, contre 85-95% pour les moteurs électriques.
J’en arrive à la conclusion inverse de la vôtre: dans le monde réel, le travail utile est une meilleure mesure que l’EROEI.
J’aimeJ’aime
Ce qui serait intéressant serait de faire une étude sur le coût et retour énergétique des panneaux solaires qui seront sur un deuxième cycle de vie suite au recyclage de panneau ancien.
C’est souvent ce qui est oublié dans toute ces études. Actuellement, les panneaux sont principalement neuf mais leur recyclage est extrêmement simple et peu coûteux comme l’ont prouvé plusieurs initiatives principalement en Europe avec l’usine de Veolia.
Qu’en sera-t-il quand des panneaux seront composé à 50% ou plus de matériaux récupérés et non miné.
Car c’est là le réel avantage des énergies renouvelables!
J’aimeJ’aime
Dans les faits, le recyclage ne changera rien dans un avenir prévisible: les panneaux déployés de nos jours fonctionneront sans doute jusqu’en 2050 pour la plupart,. donc ne deviendront pas un objet de recyclage d’ici là. Comme le nombre de panneaux déployés jusqu’ici reste modeste, leur recyclage ne constituera pas une source de minéraux pour une 2e génération de panneaux avant longtemps. Dans un avenir prévisible, tous les panneaux seront faits de matériel neuf.
J’aimeJ’aime