Pour réduire d’ici 2020 la dépendance énergétique de la France et ses émissions de gaz à effet de serre, les technologies solaires s’imposent comme l’une des principales solutions. Elles sont par ailleurs porteuses d’importants enjeux économiques pour notre pays, et notamment à l’export. Elles participent à l’essor de marchés stratégiques comme le stockage de l’énergie, les réseaux électriques « intelligents » (Smart Grids) et les bâtiments à énergie positive (BEPOS). A l’issue des Appels à Manifestations d’Intérêt « Solaire » et « Photovoltaïque » du programme des Investissements d’Avenir, 64 projets portés par 227 entreprises et laboratoires de recherche étaient candidats au financement de l’ADEME. L’Agence a retenu à ce stade 14 lauréats.
Ces projets ont en commun de réduire les coûts de systèmes énergétiques basés sur la ressource solaire, d’en améliorer la performance globale et d’en diminuer l’impact environnemental. La majorité des projets lauréats sont portés par des PME et des entreprises de taille intermédiaire. En finançant ces démonstrateurs préindustriels1, l’ADEME aide les entreprises françaises à renforcer leur compétitivité sur le marché national, comme international, et à développer des filières technologiques innovantes et compétitives.
AMI « photovoltaïque » : renforcer l’innovation dans 4 domaines stratégiques
Dans le photovoltaïque, les 8 projets lauréats concernent 4 domaines clés de la chaîne de production :
1. La filière silicium cristallin : production de cellules photovoltaïques à partir de « wafers » de silicium (galettes de semi-conducteur). Les projets ISOPEM, coordonné par Photosil Industries/FerroPEM, et PV800Export, coordonné par ECM Technologies, proposent une rupture technologique : produire un silicium de qualité solaire à partir d’une voie métallurgique et non plus chimique. Ce nouveau procédé permet de réduire l’impact environnemental de la production de silicium et de diviser par deux le coût de revient du kilogramme de silicium. Ces projets vont contribuer au développement de la filière française :
ISOPEM, via le réseau d’usines de FerroPEM, soutiendra la production de silicium en France, et PV800Export va aider les équipementiers français à exporter des équipements de production de lingots de 800 kg contre 350 kg aujourd’hui. Enfin, le projet DEMOS, coordonné par SolarForce, propose la fabrication de wafers ultraminces de silicium à partir d’un ruban souple (plutôt que par découpe) pour réduire considérablement la consommation de silicium et obtenir des cellules à la fois bon marché et performantes.
2. La filière des couches minces : production de cellules photovoltaïques par application directe du semi conducteur sur un support (par exemple du verre). Les cellules issues de la filière des couches minces ont l’avantage d’être moins coûteuses que celles issues de la filière cristalline car moins consommatrices de matériaux actifs (CIGS2 ou silicium). Elles sont également plus légères et plus faciles à intégrer lors de la construction d’un bâtiment par exemple. En revanche, leur rendement est légèrement inférieur à celui des cellules en silicium cristallin. Les projets PVCIS, coordonné par Nexcis, et S3, coordonné par Solsia, vont permettre de réaliser des démonstrateurs préindustriels de grandes dimensions, aux rendements performants, aux coûts réduits (moins de 0,5 €/Watt crête à l’issue des projets) et maîtrisés, grâce à une moindre utilisation de matières premières.
3. Le solaire photovoltaïque à haute concentration : positionnement d’un dispositif optique concentrateur entre le soleil et la cellule afin d’utiliser une surface de cellule beaucoup plus petite. La technologie du photovoltaïque à haute concentration utilise des cellules couches minces, à très haut rendement, généralement à base d’arséniure de gallium. Le rayonnement solaire exploité est très fortement concentré : entre 500 et 1000 fois. Les systèmes photovoltaïques à concentration présentent ainsi des rendements plus élevés et des coûts de production du kWh qui pourraient s’avérer plus bas que les systèmes photovoltaïques classiques. Sur cette filière stratégique, l’ADEME a sélectionné deux projets lauréats : GUEPARD, coordonné par Soitec, et HCPV1024Soleils, coordonné par Heliotrop. Ces 2 projets complémentaires accélèreront le déploiement d’innovations françaises sur ce marché émergent des grandes centrales solaires photovoltaïques à concentration, les plus adaptées aux zones fortement ensoleillées (Afrique saharienne, Afrique du Sud, Mexique, Inde, etc.).
4. L’encapsulation : processus d’isolation et de protection des cellules photovoltaïques.
L’une des étapes importantes de l’industrie photovoltaïque est l’encapsulation des cellules : il s’agit d’assurer leur isolation électrique et leur protection contre les agressions extérieures comme l’humidité, la pluie, la neige, les poussières, la corrosion ou les chocs. En remplaçant le verre – matériau couramment utilisé aujourd’hui – par des polymères avancés, le projet ISOCEL, coordonné par Arkema, vise la mise au point d’une solution plus légère, moins coûteuse et plus facilement recyclable.
AMI « solaire » : améliorer les rendements
Pour les deux filières thermique et thermodynamique, les 6 projets lauréats permettront d’expérimenter des composants technologiques à haut rendement en conditions réelles.
1. La filière solaire thermodynamique : production de chaleur et d’électricité, l’électricité étant générée par une machine thermodynamique alimentée par un fluide chauffé par l’énergie solaire. Les 4 projets financés par l’ADEME proposent le développement et l’expérimentation de « briques » technologiques particulièrement innovantes. Le projet MICROSOL, coordonné par Schneider Electric et associant cinq PME, est destiné à l’électrification rurale dans des pays en voie de développement. Les microcentrales solaires développées alimenteront en électricité 24h/24 un village de 500 habitants ; la co-génération locale de chaleur et d’électricité permettra de plus d’envisager de nouveaux systèmes de dessalement et de purification de l’eau. Le projet LFR500, coordonné par Solar Euromed, et le projet eCARE, coordonné par la CNIM, sont tous deux basés sur la technologie Fresnel : des miroirs plats pivotants qui suivent la course du soleil et concentrent le rayonnement sur un tube absorbeur où circule le fluide à chauffer :
LFR500 s’attache à concevoir et expérimenter un module solaire Fresnel adapté à la
génération directe de vapeur et permettant d’atteindre des températures et des
performances supérieures à celles actuellement proposées par cette technologie.
eCARE consiste à installer une centrale électrique de démonstration au Maroc,
expérimentant le comportement des différents composants et le fonctionnement de
l’ensemble en conditions réelles.
Le projet STARS, coordonné par AREVA Renouvelables, développe et expérimente une solution de stockage pour la technologie Fresnel adaptée à la génération directe de vapeur. L’intégration d’un stockage thermique à ce type de centrale permettra de produire de l’électricité, même en l’absence de soleil.
2. La filière solaire thermique : production directe de chaleur pour le chauffage ou l’eau chaude sanitaire. Pour devenir plus compétitive, la filière du solaire thermique doit se développer à la fois à travers une offre directe aux particuliers, et via une intégration à plus grande échelle au niveau des réseaux de chaleur. Le projet SYSTHEFF, coordonné par la société Viessmann, développe, dans le secteur du logement individuel, une nouvelle génération de systèmes solaires thermiques pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Le projet Smart Grid Solaire Thermique, coordonné par CLIPSOL, ambitionne de développer à terme une filière française intégrant le solaire aux réseaux de chaleur. Le démonstrateur financé permettra d’expérimenter cette solution et notamment de mutualiser les systèmes solaires thermiques à l’échelle de nombreux logements.
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