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Passer à 100% d’autoconsommation solaire (avec une batterie)

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Une installation photovoltaïque émet des gaz à effet de serre à la fabrication, à l’installation et lors du recyclage mais la production d’électricité en elle-même est 100% propre.

Il y a donc une empreinte carbone absolue, fixe que l’installation dure 5 ou 50 ans, et une empreinte carbone relative exprimée en gCO2eq/kWh (gramme d’équivalent CO2 par kWh) qui elle évolue avec le nombre d’années en fonctionnement.

Selon la base de documentation de l’Ademe, en comptabilisant l’ensemble pour un mix électrique chinois, l’empreinte carbone du photovoltaïque est de 43,9 gCO2eq/kWh en considérant une durée de vie de 25 ans.

Comme le précise l’ADEME sur cette même page, la durée de vie réelle des panneaux solaires est en réalité plus longue.

La durée de vie est fixée à 25,2 ans, cette durée est conforme aux garanties des fabricants mais les panneaux ont une durée de vie plus importante.

Si les modules peuvent déjà tenir plus de 40 ans (d’ailleurs certains fabricants proposent des garanties de cette durée) nous prendrons tout de même 30 ans par sécurité.

Quelle est l’empreinte carbone des panneaux solaires ?

Pour faire ce calcul nous allons diviser l’empreinte carbone d’une installation par le total kwh produit dans sa vie. Ce total étant estimé en prenant en compte la perte de production due à l’usure des modules.

En considérants une perte de rendement de 0.5% par an conseillé par le NREL, ce petit bonus de 5 ans nous amène à une empreinte carbone de 37.03 gCO2eq/kWh pour une installation durant 30 ans et 28.46 gCO2eq/kWh pour une installation durant 40 ans.

Notez qu’une étude bien plus récente (2021) annonce des chiffres entre 23 gCO2eq/kWh pour les modules mono-crystallin (sc-Si) et 25 gCO2eq/kWh pour les modules poly-cristallins (mc-Si) dans une zone avec une irradiation de 1700 kWh/m2.an.

Les hypothèses de départ de cette étude concernent des modules ayant une durée de vie de 30 ans et un rendement 20.5% pour les mono-crystallins. En bref, une production totale de 12366 kWh / m2 au bout des 30 ans et environ 24732 kWh par module.

Quel est le temps d’équivalence carbone des modules solaires ?

Le délai ou temps d’équivalence carbone est le temps qu’il faut à un système énergétique pour produire une quantité d’énergie équivalente à celle qui a été nécessaire pour produire le système.

Selon cette même étude, pour des installations ayant une durée de vie de 30 ans, la demande d’énergie cumulée sur le cycle de vie est estimée être inférieure d’environ 48 % (pour le sc-Si) et 24 % (pour le mc-Si) aux estimations publiées il y a 6 ans.

La durée d’équivalence carbone (l’energy payback time) des systèmes actuellement installés varient de 1,3 (pour le PV sc-Si) et 1,5 ans (PV mc-Si) pour les installations au sol à inclinaison fixe à faible irradiation (1000 kWh/m2/an), à 0,6 an à forte irradiation (2300 kWh/m2/an).

Quelle est l’empreinte carbone d’un seul panneau solaire ?

L’impact carbone des panneaux solaires ne cesse de diminuer grâce à plusieurs facteurs :

  • une baisse des besoins en énergie pour leur production ;
  • une augmentation de leur efficacité et de leur durée de vie.

Fin 2022, les modules solaires de 425W pour installations classiques de Trina Solar présentent un rendement maximal de 21.3%. Pour un ensoleillement de 1700 kWh/m2.an la production dans des conditions idéales est donc de 362.1 kWh/m2.an la première année, soit une production de 723.5 kWh par an et par panneau solaire (les panneaux font 2m2).

Avec la baisse des rendements du module (maximum 2% la première année puis 0.55% par an), le module de 2m2 produira donc 25672 kWh dans sa vie, soit 60404 kWh / kWc.

Voici alors l’empreinte carbone d’un module de 425W sur 30 ans selon les différentes études.

Les panneaux solaires photovoltaïques sont-ils plus écologiques que le mixte électrique national actuel ?

Pour cette étude nous prendrons les données les plus récentes mais nous allons essayer de vous donner tous les calculs nécessaires si vous souhaitez le refaire avec les données de l’ADEME.

Selon l’ADEME, l’empreinte carbone du mix électrique en 2021 était de 56.9 grammes d’équivalent CO2 par kWh.

La première approche consiste alors à calculer ce que permet d’économiser un kWh produit par un panneau photovoltaïque.

On arrive simplement aux résultats suivants :

  • 56.9 – 23 = 33.9 grammes de CO2eq selon les dernières données ;
  • 56.9 – 37.03 = 19.87 grammes de CO2eq selon les informations de l’ADEME ;

Cependant, une note de RTE (réseau de transport de l’électricité) nous annonce que chaque kWh photovoltaïque ou éolien vient se substituer quasiment exclusivement à une source de production fossile.

Photovoltaïque.info a alors étudié les chiffres et fait la division pour nous : chaque kWh photovoltaïque ou éolien évite 480g de CO2.

Ainsi, une installation classique de photovoltaïque de 60 modules bien orientés et bien inclinés évite des dizaines de tonnes de CO2 :

  • 30.7 tonnes de CO2 évités sur 30 ans selon les données de l’ADEME ;
  • 52.2 tonnes de CO2 évitées sur 30 ans selon les dernières données de l’Université de Colombia & Brookhaven National Laboratory ;
  • 741.9 tonnes de CO2 évitées sur 30 ans selon la note de RTE.

Attention, il est logique qu’à mesure que l’intensité carbone du mix électrique national baisse les économies diminuent également. Un article de France Territoire Solaire parle d’une économie de de 238 gCO2/kWh en 230.

Une installation avec 100% d’autoconsommation est-elle plus écologique ?

Si l’on ajoute aucune batterie de stockage, une installation avec 100% d’autoconsommation est plus rentable, mais n’est pas plus écologique, ou alors très marginalement.

En effet le transport de l’électricité que vous n’allez pas consommer ne génère que très peu de pertes car cette électricité en surplus sera consommée au plus proche du lieu de production.

On peut penser que si l’on extrapole, le seul potentiel gain écologique d’une installation 100% en autoconsommation vient d’un effet rebond : l’installation étant plus rentable, pus de monde l’adopte et la planète y gagne.

Or, le seul moyen d’atteindre 100% d’autoconsommation sans stockage est de sous-dimensionner votre installation de manière à ce que même en pleine journée d’été votre consommation soit supérieure ou égale à votre production.

En valeur absolue ce sont beaucoup moins de modules qui seront installés, donc beaucoup moins d’électricité bas carbone produite.

Une installation avec 100% d’autoconsommation via un système de batterie est-elle plus écologique ?

Non, un système de batterie électrique ou thermique rendra toujours une installation moins écologique qu’une installation sans système de stockage.

En effet dans les deux cas 100% de l’électricité est consommée, mais dans le premier il faut produire des batteries. Or ce process est polluant.

Notez que l’utilisation de batteries ne rend pas forcément une installation plus rentable, cela dépend du prix !

Impact carbone de la batterie électrique

Selon l’institut de recherche environnemental suédois IVL, l’empreinte carbone d’une batterie électrique émet 150 à 200 kg d’équivalent CO2 par kwh de stockage.

Une batterie Tesla Powerwall ayant une capacité de stockage de 13,5 kWh a donc une empreinte carbone de 2.025 à 2.7 tonnes de CO2.

Si l’on considère 9000€ pour la batterie et l’installation, une telle installation est rentable en 11 à 13 ans selon l’évolution du prix de l’énergie.

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Sans batterie, notre installation serait rentable en 18 à 20 ans si l’on considère une autoconsommation de 30%. Cela pose problème car en maintenant des prix de rachat bas l’état rend d’autant plus rentable l’installation de ces systèmes bien moins écologiques.

Notez qu’augmenter les aides pour le photovoltaïque ne change rien à ce problème, c’est bien le curseur des prix de rachat qu’il faut bouger.

Impact carbone de la batterie thermique

Nous ne disposons pas à ce jour de données sur l’empreinte carbone des batteries thermiques comme Inelio. Au regard de la technologie, nous dirions que ces dernières sont certainement moins émettrices en énergie, mais cela demande confirmation.

Le prix est sensiblement le même (6 à 10k euros) mais les rendements bien meilleurs que pour une batterie lithium. Avec un tel système, les constructeurs annoncent une rentabilité en moins de 10 ans. A confirmer lorsque nous aurons plus de données.

Conclusion

L’impact d’installer des panneaux photovoltaïques est clairement bénéfique, peu importe la source des données prises pour les calculs.

En revanche, si aucune batterie n’est installée le niveau d’autoconsommation ne change rien à cet impact positif.

Si l’on ajoute un système de stockage, l’impact sera a priori positif à terme mais sera toujours plus émetteur qu’une solution sans batterie électrique ou thermique.

Un désaccord ? Une suggestion ? Une étude à nous soumettre ?

 

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