Etats des lieux du solaire photovoltaïque et tendances à court terme

Depuis le premier panneau commercial en 1954, produit au Bell Labs, le photovoltaïque a connu une très forte évolution avec plus de 840 GW installés fin 2021. L'UE a fixé un objectif de 320 GW installés en 2025, soit deux fois plus que la capacité actuelle, et 600 GW en 2030 pour répondre à l’ambition de 45% de part d’énergies renouvelables prévue dans son package Fit for 55. Cette stratégie requiert un taux de déploiement moyen de près de 45 GW par an jusqu’à 2030. Au niveau mondial, l’Agence Internationale de l’Énergie (IEA) dans son scénario Net-Zero by 2050 compte sur un taux de déploiement de 630 GW par an en 2030, soit 3 fois plus qu’en 2021, avec une croissance annuelle moyenne de la production de 24%. Ces ambitions sont portées par la forte baisse des coûts des panneaux, mais également par l’amélioration de leur efficacité.  

‍

L’efficacité du photovoltaïque

Le silicium domine largement le marché des panneaux solaires. Ainsi, les cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) représentent 95% de la capacité de production mondiale avec des parts de 80% pour le Si monocristallin (mono-Si) et 15% de Si polycristallin (poly-Si) en 2020. L’efficacité moyenne, i.e. la fraction de l’énergie solaire convertie en électricité, d’un panneau solaire est en augmentation constante (figure 1), de nombreux progrès ayant eu lieu au niveau de la cellule et du module, en augmentant par exemple la taille des wafers et en appliquant des techniques d'assemblage avancées des cellules aux modules.

                                   Figure 1 : Évolution moyenne de l’efficacité de modules PV en silicium cristallin 

Le rendement moyen des modules en c-Si a augmenté de 0,3 à 0,4% par an en moyenne ces 10 dernières années et atteint désormais jusqu'à 22%. À propos de l’architecture de cellule solaire la plus produite actuelle – PERC (“passivated emitter and rear contact” en anglais ou “émetteur passivé et contact arrière”) monocristallin, le rendement des modules disponibles dans le commerce atteint 21,7% et approche à grands pas de la limite théorique d’efficacité de ce type de structure à environ 24%. Des progrès additionnels sont envisagés via la mise en production de nouveaux types d’architectures. 

La baisse des coûts

Méthode de production d’électricité la plus chère en 2009, l'énergie solaire à grande échelle devient maintenant l’option la moins coûteuse en termes de coûts actualisés de l’électricité (LCOE). Sur la période 2009 – 2019, le LCOE du PV a chuté de 89% et l’électricité produite par l’énergie solaire photovoltaïque à l'échelle industrielle coûtait environ 40 $ par MWh en 2019. Cette diminution considérable a fait du photovoltaïque la source d'énergie la plus compétitive en termes de LCOE. Il faut cependant noter que le LCOE ne considère pas le coût complet du système électrique- et notamment les coûts d’infrastructure, qui diffèrent selon les technologies.

                                         Figure 2 : Prix moyens des modules PV en fonction des livraisons cumulées de modules PV 

Cette réduction est principalement permise par la baisse des prix des modules PV. Sur la période entre 1976 et 2021, le prix des modules en silicium a connu un taux d’apprentissage de 24,1% (le plus important parmi les sources d’énergie bas-carbone), ce qui signifie que le coût diminue en moyenne de 24% pour chaque doublement de la capacité installée. Si l'on considère les premières cellules solaires en 1954, le coût d’un watt d’énergie solaire était de 2004 $ en 1956 (ajustées de l’inflation et aux prix de 2021), comparé au coût actuel de 0,28 $/W, soit une diminution d’un facteur 10000.

L’influence du prix du silicium

Cette dynamique est cependant remise en cause par la crise énergétique, les perturbations de la chaîne d'approvisionnement et l’inflation des prix des matières premières (silicium, argent, cuivre, verre, aluminium) au cours des dernières années. De 2019 à 2021, les prix des modules se sont stabilisés pour ensuite augmenter de 37%. Le coût des modules PV est ainsi passé de 0,21 $/Wc en 2020 à 0,28 $/Wc fin 2021. Le polysilicium prend aussi une part grandissante dans le coût d’un module PV avec 44% en 2021 contre 12% en 2019. À court terme, une diminution des prix des modules est possible grâce à la mise en service de nouvelles usines de production des cellules et des modules en Chine.

                          Figure 3 : Évolution des prix des modules mono-Si et des différents postes de coûts. (Source : ITRPV)

Environ 70% du prix d’un module actuel provient des matières premières, y compris un tiers du prix total pour la part du polysilicium. Malgré les récentes améliorations visant à réduire la consommation de matière, la demande en silicium pour la production d'énergie photovoltaïque est toujours très élevée. L’utilisation de matière par watt-crête a fortement diminué, passant pour le silicium de 16 g/Wc en 2004 à environ 3 g/Wc en 2020- baisse permise principalement par la diminution de l’épaisseur des wafers et l’augmentation de l’efficacité des cellules et des modules. Le photovoltaïque est un grand consommateur de silicium puisqu'il représentait 19% de la demande annuelle mondiale en 2021, soit 658 000 tonnes, une hausse de 10% par rapport à 2020.

La crise énergétique de fin 2021, accentuée par la guerre en Ukraine, a entraîné une hausse des prix du pétrole, du gaz naturel et du charbon. Ces combustibles fossiles influencent directement les prix de l’électricité et sont aussi utilisés dans les procédés industriels pour la fabrication des panneaux. En 2021, des producteurs n’ont pas pu fonctionner au maximum de leur capacité à cause de pénuries d'énergie en Chine.

La situation énergétique mondiale récente a relancé les discussions sur l'indépendance énergétique. L’un des principaux obstacles au développement de l’énergie solaire dans les prochaines années pourrait être la fourniture de modules qui viennent principalement de la Chine. En 2020, 75% des modules solaires importés en Europe provenaient de Chine. La question de reconstruire l’industrie de fabrication du PV en Europe est posée. La European Solar Initiative vise ainsi à établir environ 20 GW de capacité de production en Europe d’ici 2025. 

‍