{"id":10559,"date":"2015-04-08T08:06:49","date_gmt":"2015-04-08T06:06:49","guid":{"rendered":"http:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=10559"},"modified":"2015-04-12T14:31:56","modified_gmt":"2015-04-12T12:31:56","slug":"derive-exponentielles-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2015\/derive-exponentielles-2\/","title":{"rendered":"La d\u00e9rive des exponentielles 2\/3"},"content":{"rendered":"

Apr\u00e8s les semiconducteurs<\/a>, passons au solaire photovolta\u00efque pour d\u00e9crire ces exponentielles de progr\u00e8s et leurs d\u00e9rives. Les semiconducteurs ont b\u00e9n\u00e9fici\u00e9 de nombreux progr\u00e8s techniques en quatre d\u00e9cennies et ce n’est pas fini.<\/p>\n

Ici, avec le solaire, il n’en est pas de m\u00eame. Les progr\u00e8s techniques sont certains mais ils sont loins d’expliquer \u00e0 eux seuls les exponentielles couramment utilis\u00e9es. Et celles-ci sont un peu biais\u00e9es comme nous allons le voir !<\/p>\n

Solaire photovolta\u00efque<\/strong><\/p>\n

J\u2019ai d\u00e9marr\u00e9 cette s\u00e9rie d\u2019article apr\u00e8s avoir \u00e9t\u00e9 interpell\u00e9 par quelques courbes pr\u00e9sentant un progr\u00e8s exponentiel dans les capteurs solaires photovolta\u00efques. Je me disais que ces capteurs ne pouvaient pas suivre une progression exponentielle du m\u00eame type que celle des microprocesseurs. Juste une intuition !<\/p>\n

\"PV<\/a><\/p>\n

Deux exponentielles sont mises en avant dans les progr\u00e8s sur le solaire photovolta\u00efque (PV) : la courbe du cout au watt de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 et celle de la capacit\u00e9 de production op\u00e9rationnelle dans le monde. Les deux sont logiquement reli\u00e9es. Si cela coute moins cher d\u2019installer des panneaux, alors le co\u00fbt d\u2019installation peut-\u00eatre stable avec une puissance disponible qui augmente r\u00e9guli\u00e8rement.<\/p>\n

Mais l\u2019histoire n\u2019est pas si simple et requiert un peu de \u201cfact checking\u201d. Il faut noter que cette courbe d\u2019installation a l\u2019air d\u2019\u00eatre plut\u00f4t r\u00e9siliente aux \u00e9volutions de la fiscalit\u00e9, du prix de revente de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 d\u2019origine PV aux utilities (EDF en France), des crises financi\u00e8res \u00e0 r\u00e9p\u00e9tition et du prix relatif du solaire PV face aux \u00e9nergies fossiles. Il y a aussi parfois des acc\u00e9l\u00e9rations comme celle qu\u2019a connue le Japon suite \u00e0 l\u2019accident nucl\u00e9aire de Fukushima en 2011.<\/p>\n

\"Capacit\u00e9<\/a><\/p>\n

La question cl\u00e9 est de savoir ce qui fait baisser le co\u00fbt du Watt photovolta\u00efque. Il est maintenant situ\u00e9 aux alentours de 0,36\u20ac. D\u2019o\u00f9 provient cette baisse des couts au Watt des cellules PV ?<\/p>\n

Commen\u00e7ons d\u2019abord par la puissance brute par panneaux. Elle n\u2019augmente pas radicalement. Elle ne peut d\u2019ailleurs suivre une courbe exponentielle puisqu\u2019elle est plafonn\u00e9e math\u00e9matiquement \u00e0 100% de rendement correspondant \u00e0 la captation de l\u2019int\u00e9gralit\u00e9 de l\u2019\u00e9nergie solaire re\u00e7ue. Elle est limit\u00e9e th\u00e9oriquement \u00e0 60%. Les rendements les plus courants sont situ\u00e9s aux alentours de 20%. En laboratoire, des franco-allemands group\u00e9s autour du CEA-LETI de Grenoble sont mont\u00e9 \u00e0 45% de rendement. Pour faire simple, l\u2019objectif consiste \u00e0 \u00e9viter de transformer la lumi\u00e8re en chaleur et plut\u00f4t en courant \u00e9lectrique.<\/p>\n

\"PVeff(rev130206)aa\"<\/a><\/p>\n

L\u2019exponentielle du solaire PV concerne donc plus les co\u00fbts que la performance brute contrairement \u00e0 la loi de Moore qui portait historiquement sur les deux \u00e0 la fois, jusqu\u2019au jour o\u00f9 l\u2019on a plafonn\u00e9 en vitesse d\u2019ex\u00e9cution des processeurs aux alentours de 4 GHz.<\/p>\n

Cela fait des ann\u00e9es que l\u2019on met en avant les panneaux solaires \u201cimprimables\u201d. Leur avantage est d\u2019avoir un faible co\u00fbt de fabrication th\u00e9orique. En effet, l\u2019impression de ces panneaux sur films minces ne n\u00e9cessite pas d\u2019utiliser des lingots de silicium \u00e9tir\u00e9s ou pas, et d\u00e9coup\u00e9s en tranches. Les ventes de ces panneaux (graphe ci-dessous) n\u2019ont pas l\u2019air de percer. On constate m\u00eame une r\u00e9gression, probablement explicable par la baisse des prix des panneaux r\u00e9alis\u00e9s de mani\u00e8re traditionnelle avec des cellules PV en silicium mono et polycristallin fabriqu\u00e9es \u00e0 bas co\u00fbt en Chine.<\/p>\n

Certains\u00a0films minces sont produits \u00e0 base de cadmium, notamment \u00e0 base de\u00a0 CIGS (un alliage qui rassemble du cuivre, de l’indium, du gallium et du s\u00e9l\u00e9nium) ou bien de\u00a0CdTe (tellurure de cadmium).\u00a0Ils se d\u00e9posent sur du verre, du plastique ou du m\u00e9tal et peuvent s\u2019int\u00e9grer \u00e0 de l\u2019architecture. Leur rendement n\u2019est pas mauvais et peut atteindre 20%. On peut aussi en produire avec du silicium amorphe, qui est moins polluant que les compos\u00e9s \u00e0 base de cadmium. Les m\u00e9thodes de production sont voisines de celle d\u2019une partie du processus de fabrication de semi-conducteurs : avec un d\u00e9p\u00f4t gazeux r\u00e9alis\u00e9 sous vide (CVD, chemical vapor deposition). Mais les panneaux manifestent\u00a0des pertes de puissance au bout de quelques mois. Qui plus est, une bonne partie des soci\u00e9t\u00e9s qui s\u2019\u00e9taient lanc\u00e9es dans leur fabrication ont disparu, notamment Solyndra <\/strong>et Nanosolar <\/strong>qui ont ferm\u00e9 boutique en 2011 et 2013. Elles ont pris du retard dans l\u2019industrialisation et les b\u00e9n\u00e9fices technico-\u00e9conomiques n\u2019\u00e9taient pas au rendez-vous. Cela arrive fr\u00e9quemment pour des techniques prometteuses \u00e0 l’\u00e9chelle des laboratoires, mais plus quand elles atteignent l’\u00e9tape de l’industrialisation. Ces startups ont commis d\u2019autres erreurs courantes\u00a0et qui ne sont pas de nature technologique. Notamment, Solyndra et ses panneaux solaires cylindriques qui compliquaient inutilement la donne.<\/p>\n

\"Global_Market_Share_by_PV_Technology_from_1990_to_2013\"<\/a><\/p>\n

La baisse du co\u00fbt au Watt observ\u00e9e jusqu’\u00e0 pr\u00e9sent est explicable en partie par le d\u00e9placement de la fabrication des cellules PV en Chine. On aurait tout aussi bien pu aussi cr\u00e9er une exponentielle invers\u00e9e de l\u2019\u00e9volution du co\u00fbt de fabrication des perceuses ! Sic e n’est que la Chine est plus agressive avec un dumping artificiel des prix des panneaux solaires PV pour conqu\u00e9rir les march\u00e9s. Les \u00e9conomies d\u2019\u00e9chelle sont cependant aussi visibles ailleurs qu\u2019en Chine, comme en Allemagne, o\u00f9 le p\u00f4le de Dresde reste tr\u00e8s actif dans le solaire PV.<\/p>\n

La baisse des co\u00fbts a \u00e9t\u00e9 tr\u00e8s significative\u00a0dans les cellules PV utilisant les techniques classiques en tranches de silicium monocristallin ou polychristallin d\u2019environ 0,2 mm d\u2019\u00e9paisseur. Le polycristallin est moins cher et le monocristallin, plus cher, avec de meilleurs rendements \u00e9nerg\u00e9tiques. Le silicium monocristallin est produit avec des lingots \u00e9tir\u00e9s via la m\u00e9thode de Czochralski, aussi utilis\u00e9e pour la fabrication de lingots servant \u00e0 cr\u00e9er les wafers dans la production de semiconducteurs. Le silicum polycristallin est fabriqu\u00e9 avec des blocs de silicium refroidis de mani\u00e8re traditionnelle.<\/p>\n

Les outils de production de ces lingots en silicium r\u00e9utilisent les \u00e9quipements de fabrication servaient avant dans la fabrication des lingots pour les semi-conducteurs d’ancienne g\u00e9n\u00e9ration. La fabrication des processeurs en silicium CMOS est maintenant\u00a0standardis\u00e9e en s’appuyant sur des wafers fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de lingots de silicium monocristallin d’un peu plus de 200 et 300 mm de diam\u00e8tre pour cr\u00e9er des wafers de cette taille. Les machines produisant les anciens lingots de 150 mm et moins sont exploit\u00e9es pour les cellules PV.<\/p>\n

Ceci \u00e9tant, la courbe de baisse des prix ne concerne que celui des cellules photovolta\u00efques\u00a0nues. Il en va autrement\u00a0des panneaux solaires complets et de leur installation. Leur co\u00fbt de fabrication et celui de leur installation ne bouge pas significativement car il s\u2019appuie sur des techniques traditionnelles. C\u2019est de la quincaillerie et quand il faut installer les panneaux sur un toit, le travail est toujours le m\u00eame.\u00a0 Il ne b\u00e9n\u00e9ficie d\u2019aucune loi exponentielle. Qui plus est, lorsqu’il s’agit de faire une installation sur un toit, surtout en pente, peu de particuliers peuvent la r\u00e9aliser eux-m\u00eames. Il n’y a donc pas de “consum\u00e9risation” de la partie services de l’installation. Le prix total d\u2019un panneau est au moins dix fois plus cher au Watt que le prix des cellules PV qu\u2019il int\u00e8gre. Quand 90% de la structure de co\u00fbt n\u2019\u00e9volue pas, vous avez beau avoir une exponentielle invers\u00e9e sur les 10% qui restent, \u00e0 la fin, vous n\u2019avez en fait qu\u2019une asymptote de co\u00fbt ! Sans compter le remplacement tous les 10 ans d\u2019un onduleur et le co\u00fbt du nettoyage des panneaux. Le prix d’installation peut cependant baisser selon des crit\u00e8res tr\u00e8s macro\u00e9conomiques : le co\u00fbt du travail, des terrains et des mati\u00e8res premi\u00e8res, qui peuvent \u00eatre tous plus bas dans les pays en voie de d\u00e9veloppement.<\/p>\n

Je ne mets pas ici en cause l\u2019int\u00e9r\u00eat de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 solaire PV. Elle est indispensable pour mener \u00e0 bien la transition \u00e9nerg\u00e9tique et se sevrer des \u00e9nergies fossiles. Je questionne juste la notion de progr\u00e8s exponentiel dans le domaine !<\/p>\n

Un autre \u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 est \u00e0 observer : le co\u00fbt relatif du solaire PV par rapport \u00e0 celui des \u00e9nergies fossiles. On sait que le soleil irrigue la terre avec suffisamment d\u2019\u00e9nergie pour satisfaire les besoins humains. Seuls comptent le co\u00fbt de la r\u00e9colte, de stockage puis de transport de cette \u00e9nergie sur la distance. Le mod\u00e8le de production de l’\u00e9lectricit\u00e9 doit \u00eatre beaucoup plus r\u00e9parti qu’actuellement m\u00eame si l’on voit \u00e9merger des projets de grandes centrales de production solaires photovolta\u00efques et aussi solaires thermiques, en particulier aux USA et au Japon.<\/p>\n

Il y a d\u2019ailleurs un lien \u00e9troit entre le solaire et les technologies de stockage de l’\u00e9nergie, notamment les batteries pour ce qui est des petites installations. Certains ont m\u00eame pris\u00a0la\u00a0courbe lin\u00e9aire de progression dans ce domaine pour une exponentielle, comme dans le sch\u00e9ma ci-dessous. Il \u00e9voque un doublement en 10 ans, mais celui-ci s\u2019arr\u00eate en 2005 et je n\u2019en ai pas trouv\u00e9 une version actualis\u00e9e. Les progr\u00e8s dans les batteries sont certains mais beaucoup plus lents que dans les autres technologies \u00e9voqu\u00e9es dans ce papier. D’o\u00f9 l’id\u00e9e de cr\u00e9er des sources de stockage d’\u00e9nergie “m\u00e9caniques” comme le projet “Nature and People First<\/strong>” de Denis Payre. Il consiste \u00e0 cr\u00e9er des ch\u00e2teaux d’eau pour stocker l’\u00e9nergie d’origine solaire.<\/p>\n

\"Battery<\/a><\/p>\n

Le solaire doit aussi faire face aux sc\u00e9narios comme celui menace actuellement les soci\u00e9t\u00e9s de production de gaz de schistes et de p\u00e9trole issus de schistes bitumineux aux USA et au Canada. Le d\u00e9veloppement de ces techniques d\u2019extraction a g\u00e9n\u00e9r\u00e9 une bulle financi\u00e8re avec une titrisation des emprunts des soci\u00e9t\u00e9s associ\u00e9es. Les cr\u00e9dits de ces soci\u00e9t\u00e9s sont actuellement difficiles \u00e0 rembourser car les ventes sont r\u00e9alis\u00e9es \u00e0 perte du fait de la\u00a0baisse –\u00a0probablement temporaire – des prix du p\u00e9trole brut. Le rendement \u00e9tait calibr\u00e9 pour \u00eatre profitable avec un prix du p\u00e9trole sup\u00e9rieur \u00e0 environ $70. Certains attribuent cette baisse \u00e0 une guerre \u00e9conomique contre les USA provoqu\u00e9e par l’Arabie Saoudite. A court terme, l’\u00e9nergie solaire peut aussi p\u00e2tir de ce genre de pratique.<\/p>\n

Cela aboutit \u00e0 une situation ubuesque : les r\u00e8gles du capitalisme qui privil\u00e9gient le meilleur co\u00fbt et le court terme retardent les efforts pour limiter le r\u00e9chauffement plan\u00e9taire. Le ralentissement de l’exponentielle de co\u00fbt pour les raisons que l’on vient de d\u00e9cortiquer y contribue \u00e9galement.<\/p>\n

Au final, pour ce qui est du solaire PV :<\/p>\n