Centrale photovoltaïque

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Une centrale photovoltaïque, également appelée parc solaire, est un système photovoltaïque à grande échelle (système PV) conçu pour l’alimentation du réseau électrique en électricité. Ils se distinguent de la plupart des applications d’énergie solaire décentralisée montées dans les bâtiments et autres parce qu’ils fournissent de l’électricité au niveau des services publics, plutôt qu’à un ou plusieurs utilisateurs locaux. On les appelle parfois aussi fermes solaires ou ranchs solaires, surtout lorsqu’ils sont situés dans des zones agricoles. L’expression générique  » solaire utilitaire  » est parfois utilisée pour décrire ce type de projet.

La source d’énergie solaire est constituée de modules photovoltaïques qui convertissent directement la lumière en électricité. Cependant, cela diffère de l’autre technologie de production d’énergie solaire à grande échelle, qui utilise la chaleur pour alimenter divers systèmes de générateurs conventionnels, et ne doit pas être confondu avec l’énergie solaire à concentration. Les deux approches ont leurs propres avantages et inconvénients, mais jusqu’à présent, pour diverses raisons, la technologie photovoltaïque a été beaucoup plus utilisée dans ce domaine. En 2013, le nombre de systèmes PV dépassait celui des concentrateurs d’environ 40 pour 1.

Dans certains pays, la puissance nominale d’une centrale photovoltaïque est exprimée en mégawatts-crête (MWc), qui correspond à la puissance maximale théorique en courant continu du générateur solaire. Dans d’autres pays, le fabricant donne la surface et l’efficacité. Toutefois, le Canada, le Japon, l’Espagne et certaines parties des États-Unis précisent souvent que la production nominale d’électricité convertie en MWAC est inférieure, une mesure directement comparable aux autres formes de production d’électricité. Une troisième cote, moins courante, est celle des méga volts-ampères (MVA). La plupart des parcs solaires sont développés à une échelle d’au moins 1 MWc. En 2018, les plus grandes centrales photovoltaïques de plus de 1 gigawatt en exploitation au monde. Fin 2018, environ 7 300 centrales d’une capacité totale de près de 180 GWAC étaient des parcs solaires de plus de 4 MWAC, selon Wiki-Solar.

La plupart des grandes centrales photovoltaïques existantes appartiennent à des producteurs d’électricité indépendants et sont exploitées par eux, mais la participation des projets communautaires et des projets de services publics augmente. Jusqu’à présent, la quasi-totalité d’entre eux ont été soutenus au moins en partie par des incitations réglementaires telles que les tarifs de rachat ou les crédits d’impôt, mais comme les coûts nivelés ont considérablement diminué au cours de la dernière décennie et que la parité réseau a été atteinte dans un nombre croissant de marchés, il se peut que les incitations externes cessent d’exister rapidement.

Le premier parc solaire de 1 MWc a été construit par Arco Solar à Lugo près d’Hesperia en Californie fin 1982, suivi en 1984 par une installation de 5,2 MWc dans la plaine de Carrizo. Tous deux ont depuis été déclassés, bien que la plaine de Carrizo soit le site de plusieurs grandes usines en construction ou en projet. L’étape suivante a suivi les révisions apportées en 2004 aux tarifs de rachat en Allemagne lorsqu’un volume important de parcs solaires a été construit.

Plusieurs centaines d’installations de plus de 1 MWc ont depuis été installées en Allemagne, dont plus de 50 de plus de 10 MWc. Avec l’introduction des tarifs de rachat en 2008, l’Espagne est devenue brièvement le plus grand marché, avec quelque 60 parcs solaires de plus de 10 MW, mais ces incitations ont été retirées depuis. Les États-Unis, la Chine, l’Inde, la France, le Canada, l’Australie et l’Italie, entre autres, sont également devenus des marchés importants, comme le montre la liste des centrales photovoltaïques.

Les plus grands sites en construction ont une capacité de centaines de MWc et des projets à l’échelle de 1 GWc sont prévus.

L’activité de développement de parcs solaires

Les centrales solaires sont conçues pour fournir de l’électricité marchande au réseau comme solution de rechange à d’autres centrales renouvelables, fossiles ou nucléaires.

Le propriétaire de la centrale est un producteur d’électricité. Aujourd’hui, la plupart des centrales solaires appartiennent à des producteurs d’électricité indépendants (IPP), bien que certaines soient détenues par des sociétés d’électricité appartenant à des investisseurs ou à des collectivités.

Certains de ces producteurs développent leur propre portefeuille de centrales, mais la plupart des parcs solaires sont initialement conçus et construits par des développeurs de projets spécialisés. En règle générale, le promoteur planifie le projet, obtient les consentements de planification et de raccordement et prend les dispositions nécessaires pour le financement du capital requis. Les travaux de construction proprement dits sont normalement confiés à un ou plusieurs entrepreneurs EPC (ingénierie, approvisionnement et construction).

Les principales étapes du développement d’une nouvelle centrale photovoltaïque sont l’autorisation de planification, l’approbation du raccordement au réseau, la clôture financière, la construction, le raccordement et la mise en service. À chaque étape du processus, le promoteur sera en mesure de mettre à jour les estimations du rendement et des coûts prévus de l’usine ainsi que les rendements financiers qu’elle devrait être en mesure de fournir.

Approbation de planification

Les centrales photovoltaïques occupent au moins un hectare pour chaque mégawatt de puissance nominale, ce qui nécessite une surface de terrain importante, qui est soumise à l’approbation des plans. Les chances d’obtenir le consentement, ainsi que le temps, les coûts et les conditions connexes, qui varient d’une juridiction à l’autre et d’un endroit à l’autre. De nombreuses approbations d’aménagement assortiront également le traitement du site de conditions après le déclassement futur de la centrale. Une évaluation professionnelle de la santé, de la sécurité et de l’environnement est généralement réalisée lors de la conception d’une centrale photovoltaïque afin de s’assurer que l’installation est conçue et planifiée conformément à toutes les réglementations HSE.

Raccordement au réseau

La disponibilité, la localisation et la capacité de raccordement au réseau sont des facteurs importants dans la planification d’un nouveau parc solaire et peuvent contribuer de manière significative à son coût.

La plupart des stations sont situées à quelques kilomètres d’un point de connexion au réseau approprié. Ce réseau doit être capable d’absorber la puissance du parc solaire lorsqu’il fonctionne à sa capacité maximale. Le promoteur du projet devra normalement absorber le coût de la fourniture des lignes électriques jusqu’à ce point et du raccordement, en plus souvent de tous les coûts associés à l’amélioration du réseau, de sorte qu’il puisse recevoir la production de l’usine.

Exploitation et maintenance

Une fois le parc solaire mis en service, le propriétaire conclut généralement un contrat avec une contrepartie appropriée pour assurer l’exploitation et la maintenance (O&M). Dans de nombreux cas, cela peut être réalisé par l’entrepreneur EPC d’origine.

Les systèmes à semi-conducteurs fiables des centrales solaires ne nécessitent qu’un minimum d’entretien, par rapport aux machines tournantes par exemple. Un aspect important du contrat d’exploitation et d’entretien sera la surveillance continue du rendement de la centrale et de tous ses sous-systèmes primaires, qui est normalement effectuée à distance. Ceci permet de comparer les performances avec le rendement attendu dans les conditions climatiques réelles. Il fournit également des données permettant de programmer à la fois la rectification et la maintenance préventive. Un petit nombre de grands parcs solaires utilisent un onduleur ou un maximiseur séparé pour chaque panneau solaire, qui fournissent des données de performance individuelles qui peuvent être surveillées. Pour d’autres parcs solaires, l’imagerie thermique est un outil utilisé pour identifier les panneaux non performants à remplacer.

Puissance délivrée

Le revenu d’un parc solaire provient de la vente d’électricité au réseau et, par conséquent, sa production est mesurée en temps réel et des relevés de sa production d’énergie sont fournis, généralement toutes les demi-heures, pour équilibrer et régler le marché de l’électricité.

Le revenu est influencé par la fiabilité de l’équipement à l’intérieur de l’usine et aussi par la disponibilité du réseau de distribution vers lequel elle exporte. Certains contrats de raccordement permettent au gestionnaire de réseau de transport de limiter la puissance d’un parc solaire, par exemple en période de faible demande ou de forte disponibilité d’autres producteurs. Certains pays prévoient dans leur législation un accès prioritaire au réseau pour les producteurs d’énergie renouvelable, comme c’est le cas dans le cadre de la directive européenne sur les énergies renouvelables.

Economie et finance

Ces dernières années, la technologie photovoltaïque a amélioré son efficacité de production d’électricité, réduit le coût d’installation par watt ainsi que le temps de récupération de l’énergie (EPBT), et a atteint la parité réseau dans au moins 19 marchés différents d’ici 2014. Le photovoltaïque devient de plus en plus une source d’énergie viable. Toutefois, les prix des systèmes photovoltaïques varient fortement d’une région à l’autre, bien plus que les cellules et les panneaux solaires, qui sont généralement des produits de base mondiaux. En 2013, les prix des systèmes à l’échelle des services publics dans les marchés à forte pénétration comme la Chine et l’Allemagne étaient considérablement plus bas (1,40 $/W) qu’aux États-Unis (3,30 $/W). L’AIE explique ces écarts par des différences dans les « coûts accessoires », qui comprennent l’acquisition de clients, les permis, l’inspection et l’interconnexion, la main-d’œuvre d’installation et les coûts de financement.

Parité du réseau

Les centrales solaires sont devenues de moins en moins chères ces dernières années et cette tendance devrait se poursuivre. Entre-temps, la production traditionnelle d’électricité devient de plus en plus coûteuse. Ces tendances devraient conduire à un point de croisement lorsque le coût uniformisé de l’énergie des parcs solaires, historiquement plus élevé, sera égal au coût de la production traditionnelle d’électricité. C’est ce qu’on appelle communément la parité réseau.

Pour les centrales solaires marchandes, où l’électricité est vendue sur le réseau de transport d’électricité, le coût nivelé de l’énergie solaire devra correspondre au prix de gros de l’électricité. Ce point est parfois appelé « parité de réseau de gros » ou « parité de barres omnibus ».

Certains systèmes photovoltaïques, comme les installations sur les toits, peuvent alimenter directement un consommateur d’électricité. Dans ces cas, l’installation peut être compétitive lorsque le coût de production correspond au prix auquel l’utilisateur paie sa consommation d’électricité. Cette situation est parfois appelée  » parité réseau de détail « ,  » parité socket  » ou  » parité réseau dynamique « . Les recherches menées par ONU-Énergie en 2012 suggèrent que les régions des pays ensoleillés où les prix de l’électricité sont élevés, comme l’Italie, l’Espagne et l’Australie, et les régions utilisant des générateurs diesel, ont atteint la parité du réseau de détail.

Mécanismes d’incitation

Comme la parité réseau n’a pas encore été atteinte dans de nombreuses régions du monde, les centrales solaires ont besoin d’une certaine forme d’incitation financière pour rivaliser pour l’approvisionnement en électricité. De nombreuses assemblées législatives dans le monde ont introduit de telles mesures incitatives pour soutenir le déploiement des centrales solaires.

Tarifs de rachat

Les tarifs de rachat garantis sont des prix désignés qui doivent être payés par les entreprises de services publics pour chaque kilowattheure d’électricité renouvelable produite par des producteurs admissibles et injectée dans le réseau. Ces tarifs représentent normalement une prime sur les prix de gros de l’électricité et offrent une source de revenus garantie pour aider le producteur d’électricité à financer le projet.

Normes du portefeuille renouvelable et obligations des fournisseurs

Ces normes obligent les entreprises de services publics à se procurer une partie de leur électricité auprès de producteurs renouvelables. Dans la plupart des cas, ils ne prescrivent pas la technologie à utiliser et l’entreprise est libre de choisir les sources renouvelables les plus appropriées.

Il existe quelques exceptions où les technologies solaires se voient attribuer une partie de la RPS dans ce que l’on appelle parfois un  » gel solaire « .

Garanties d’emprunt et autres incitatifs en capital

Certains pays et États adoptent des incitations financières moins ciblées, disponibles pour un large éventail d’investissements d’infrastructure, comme le programme de garantie de prêts du ministère américain de l’énergie, qui a stimulé un certain nombre d’investissements dans la centrale solaire en 2010 et 2011.

Crédits d’impôt et autres incitatifs fiscaux

Une autre forme d’incitation indirecte qui a été utilisée pour stimuler l’investissement dans les centrales solaires a été l’octroi de crédits d’impôt aux investisseurs. Dans certains cas, les crédits étaient liés à l’énergie produite par les installations, comme les crédits d’impôt à la production. Dans d’autres cas, les crédits étaient liés aux dépenses en immobilisations, comme les crédits d’impôt à l’investissement

Programmes internationaux, nationaux et régionaux

En plus des incitations commerciales du marché libre, certains pays et régions ont des programmes spécifiques pour soutenir le déploiement d’installations d’énergie solaire.

La Directive de l’Union européenne sur les énergies renouvelables fixe des objectifs pour accroître les niveaux de déploiement des énergies renouvelables dans tous les États membres. Chacun d’eux a dû élaborer un plan d’action national pour les énergies renouvelables montrant comment ces objectifs seraient atteints, et bon nombre d’entre eux prévoient des mesures de soutien spécifiques pour le déploiement de l’énergie solaire. La directive permet également aux États de développer des projets en dehors de leurs frontières nationales, ce qui peut conduire à des programmes bilatéraux tels que le projet Helios.

Le Mécanisme pour un développement propre de la CCNUCC est un programme international dans le cadre duquel des centrales solaires peuvent être soutenues dans certains pays éligibles.

En outre, de nombreux autres pays ont des programmes spécifiques de développement de l’énergie solaire. Citons par exemple le JNNSM en Inde, le programme phare en Australie et des projets similaires en Afrique du Sud et en Israël.

Performance financière

La performance financière de la centrale solaire est fonction de ses revenus et de ses coûts.

Le rendement électrique d’un parc solaire sera lié au rayonnement solaire, à la capacité de l’installation et à son taux de rendement. Les revenus tirés de cette production d’électricité proviendront principalement de la vente de l’électricité et de tout paiement incitatif tel que ceux prévus par les tarifs de rachat garantis ou d’autres mécanismes de soutien.

Les prix de l’électricité peuvent varier à différents moments de la journée, ce qui donne un prix plus élevé en période de forte demande. Cela peut influencer la conception de l’usine afin d’augmenter sa production à ces moments-là.

Les coûts dominants des centrales solaires sont les coûts d’investissement et, par conséquent, les coûts de financement et d’amortissement qui y sont associés. Bien que les coûts d’exploitation soient généralement relativement faibles, en particulier parce qu’aucun combustible n’est nécessaire, la plupart des exploitants voudront s’assurer qu’une couverture d’exploitation et de maintenance adéquate est disponible pour maximiser la disponibilité de l’installation et optimiser ainsi le rapport coûts/revenus.

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