Bilan

Le solaire bon marché est à portée de technologie

Physicien de formation, passé par l’institut Fraunhofer en Allemagne, le National Renewable Energy Laboratory aux Etats-Unis, le Weizmann Institute en Israël et le Laboratoire national suisse des matériaux (EMPA), Christophe Ballif dirige depuis 2004 le laboratoire de photovoltaïque,  fondé 20 ans plus tôt par le professeur Arvind Shah dans le cadre de l’Université de Neuchâtel. Passé en 2009, dans le giron de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), le PV-Lab est devenu la principale institution de recherche sur le solaire photovoltaïque de Suisse avec 60 collaborateurs.  Et sous la houlette de Christophe Ballif, il s’est fortement orienté vers les transferts de technologies vers l’industrie que ce soit pour  les cellules elles-mêmes où pour les technologies qui servent à les produire. Le scientifique explique ici pourquoi cette industrie dispose plus que jamais d’atouts incommensurables  en Suisse occidentale.

 

Dans le monde du solaire photovoltaïque on entend beaucoup dire que la Chine a gagné la course avec ses panneaux photovoltaïques mono et polycristallins bon marché. Qu’en pensez-vous ?C’est partiellement vrai. Le gouvernement et les banques chinoises offrent des conditions de crédit très avantageuses afin de créer des capacités de production gigantesques dans le pays. Je parle de quelque chose comme 30 milliards de dollars de ligne de crédit pour le photovoltaïque. Conséquemment, les volumes de production des produits standards augmentent et les chinois sont capables de baisser les prix avant les compétiteurs. Et du coup les technologies suisses se retrouvent hors course ?Non ce n’est pas le cas. En fait, les « équipementiers »  suisses du secteur profitent largement d’investissements qui ont permis de multiplier les capacités mondiales de production par 50 au cours des dix dernières années. Prenez Meyer Burger, par exemple. Cette entreprise  développe des scies à fil essentiellement pour couper les plaques de silicium cristallin. Le développement  de ce secteur  lui a permis de générer un chiffre d’affaires de l’ordre de 900 millions de dollars en 2010. Derrière, elle a pu étendre sa gamme de production par exemple en fusionnant avec 3S Swiss Solar Systems qui fabrique des laminateurs pour toutes les technologies solaires, cristallines ou en couches mince ou bien encore avec Pasan (lire page) . Nos entreprises sont simplement là où il y  a des marchés à prendre.

Les producteurs suisses de module (comme Flexcell, Pramac ou 3S Modultec) doivent eux bien sûr se différencier avec des produits spéciaux (par exemple plus légers, ou pour l’intégration architecturale).De quelques dizaines de millions de francs en l’an 2000, l’exportation de produits photovoltaïques a atteint, au total, près de 2 milliards de francs en 2010.

Certes, mais une fois ces capacités de production équipées, où seront les marchés?La croissance du solaire est loin d’être terminée. L’Agence Internationale de l’Energie, qui est plutôt conservatrice, estime que dans 40 ans, 22% de l’électricité mondiale sera produite par le solaire (photovoltaïque et thermique concentré) contre à peine 1% aujourd’hui. Cela dit, votre question est fondée dans le sens où les marchés sont très dépendants des conditions cadres et que la concurrence devient intense. C’est le rôle du PV-Lab  que de préparer ce futur et d’aider nos industriels à demeurer compétitifs. Comment vous y prenez-vous ?Nous travaillons dans deux directions. D’une part, nous innovons pour améliorer constamment le rendement des cellules. D’autre part, nos recherches contribuent à aider les industriels à augmenter la productivité des équipements de production tout au long de la chaine de valeur.Pourquoi ces gains de productivité sont-ils importants ? Parce que dans une large mesure, ce sont eux qui déterminent les prix du solaire photovoltaïque et en définitive les prix de l’électricité solaire. Au cours des dix dernières années,  les coûts de production de l’électricité photovoltaïque ont déjà été divisés par 5. C’est bien mais ce n’est pas assez. Nous avons donc multiplié les collaborations pour aider les industriels à faire mieux. Par exemple, dans le cadre du projet européen Silicon Light, nous aidons Flexcell à améliorer les performances des cellules déposées sur  des films souples. Dans le cadre du projet PEPPER, nous collaborons avec Bosch et Oerlikon Solar  pour développer, entre autres, la prochaine génération de réacteurs plasma  dans lesquels sont produites les couches minces afin d’en réduire les coûts.

 

Les couches minces sont à la source de la réputation de votre laboratoire. Où en est le développement de ces technologies? D’abord dans le cadre de l’IMT de l’Université de Neuchâtel puis aujourd’hui dans celui de l’EPFL, notre laboratoire développe, effectivement,  les technologies de couches minces de silicium amorphe depuis 1984. Elles offrent l’avantage d’utiliser beaucoup moins de matières premières et  de présenter des caractéristiques uniques telles que souplesse et légèreté, ce qui est critique pour certaines applications. D’autre part, depuis le milieu des années 90 nous développons les procédés pour fabriquer du silicium microcristallin. Les cellules qui combinent le silicium amorphe et le microcristallin offrent plus de rendement parce qu’elles absorbent une partie du spectre lumineux dans l’infrarouge. Où en est l’industrialisation de ces technologies ?Au prix d’un effort d’industrialisation énorme, ces procédés de fabrication  sont maitrisés par Oerlikon Solar. Cette entreprise, qui vend des lignes de production de modules a déjà mis en place une douzaine de lignes de production totalisant plusieurs centaines de mégawatts à travers le monde pour les couches minces. Et elle a commencé maintenant à équiper ses clients comme Pramac dans le canton du Tessin avec la nouvelle technologie microcristalline Micromorph. De son côté, Flexcell a été la première entreprise européenne à produire un produit photovoltaïque souple imprimé sur une feuille de PET. (lire page).Les rendements de ces technologies sont-ils cependant compétitifs vis-à-vis du mono et du poly cristallin?On est à plus de 9 % pour le Micromorph et à environ 7% dans le cas de l’amorphe au niveau des modules. C’est moins que les 13 à 15% typique du cristallin mais les couches minces sont loin d’avoir dit leur dernier mot. Parce qu’elles sont moins chères à produire. Or, ce qui compte, en définitive, c’est le prix du kilowattheure. FirtsSolar, qui travaille sur des couches minces de tellurure de cadmium, est l’entreprise qui a les plus bas coûts de production à 0,8 dollar du watt. Les Chinois malgré leurs volumes sont encore à 1,2 dollar le watt pour le silicium cristallin. Les clients d’Oerlikon Solar, selon les calculs de ce dernier, devraient être capables de  descendre en dessous de 0,7 dollar le watt avec leurs nouvelles générations de lignes de production. Pourquoi ne voit-on dès lors pas plus de panneaux en silicium amorphe ?Il y en a qui sont installés et cela représente sans doute un gigawatt de nouveaux modules en 2010. Mais cela reste faible par rapport aux 15 GW de silicium cristallin. C’est le cas parce que la technologie est plus récente, que les volumes de production sont plus faibles et que les structures de coûts n’ont pas encore permis de baisser les prix de vente. En outre, le marché actuel est dominé par la demande des parcs solaires. Or, ces parcs sont opérés par des financiers qui privilégient les hauts rendements et choisissent les solutions technologiques les plus établies, afin de minimiser leurs risques. Toutefois, il ne faut pas seulement penser en termes de concurrence, mais plutôt de complémentarité entre ces diverses filières. Notre laboratoire développe des techniques combinant les approches qui sont particulièrement prometteuses. Comment cela ?Nous avons développé une technologie d’hétérojonction qui associe les couches minces avec le silicium cristallin. Avec elle, nous atteignons un rendement de 20,7% et même de 21% dans le cas de notre partenariat avec Roth & Rau pour des cellules de laboratoires de quatre centimètres carrés. Et la commercialisation de cette technologie est maintenant imminente. Avec quels espoirs de succès ?De très bons espoirs. C’est d’ailleurs la leçon que nous tirons de notre expérience avec les industriels. La Suisse a une carte à jouer sur des marchés spéciaux avec ses développements technologiques. C’est le cas de Flexcell dont la technologie est très compétitive dès lors que l’on a besoin de se débarrasser du poids des modules. Il en ira de même pour Flisom à Zurich. Et à côté de cela, vous avez tous les équipementiers comme Solneva pour les systèmes de découpe laser, 3S  Modultec pour les laminateurs, Sputnik pour les onduleurs, Multi-contact pour les connecteurs ou bien encore Indeotec et Pasan dans les systèmes de mesure et de R&D. Ces entreprises pourront-elles se développer tant que l’électricité solaire sera plus chère qu’à partir d’autres formes d’énergie ? La réalité c’est que le kilowattheure à  4 ou 5 centimes est à portée de main, dans les régions ensoleillées (donc 10 à 15 cts dans nos contrées). Et, je nous vous dis pas dans dix ou vingt ans mais d’ici trois à cinq ans.  En outre, la ressource est inépuisable. Le temps n’est  plus à se demander si nous devons le faire ou pas mais à nous intéresser aux derniers obstacles : le stockage et la distribution. Quand vous introduisez de 5% à 10% de courant d’origine solaire dans le réseau électrique pas de problème. Au-delà vous avez besoin d’un système intelligent qui permette de moduler l’offre et la demande. Et bien sûr  de combiner les différentes sources d’énergies. D’autant plus que cette électricité est produite le jour mais largement consommée la nuit…Oui mais les technologies de stockage arrivent. Par exemple, les batteries au sulfure de sodium sont au point. Le problème c’est encore leurs coûts mais là aussi les choses pourraient évoluer rapidement avec des économies d’échelle dès lors qu’il y a du volume. NGK commercialise des unités de batteries qui disposent de 2 mégawatts de puissance de pointe et 12 megawattheures de capacité de stockage. Et derrière d’autres technologies se profilent, soit sous forme électrochimique, ou pour stocker l’électricité sous forme d’hydrogène ou d’air comprimé. Reste à convaincre les électriciens…Certains le sont déjà comme les SIG à Genève. D’autres ne font du solaire que pour s’informer ou se donner une bonne image. De nombreux électriciens n’ont pas encore pris conscience des récents progrès phénoménaux et du potentiel à long terme du solaire. Cela explique en partie pourquoi la Suisse n’a guère encouragé le passage au solaire chez elle. Parce qu’il n’y a pas de subventions ? En Suisse, un mètre carré de panneaux «standard » produit de 130 à 170   kWh par an. Les toitures bien orientées pourraient générer le tiers de notre électricité. La Suisse a certes introduit un mécanisme de rétribution à prix coûtant, mais il est fortement limité pour l’énergie solaire. Si la Suisse se dotait d’une loi d’incitation semblable à celle mise en place en Allemagne, le photovoltaïque  couvrirait entre 5 et 10% de nos besoins électriques d’ici 10 ans.  Mais l’idée que les consommateurs d’électricité deviennent partiellement autonomes suppose une perte de monopole des grands groupes d’énergie. D’où des oppositions et l’exagération des surcoûts indirects impliqués par un système d’introduction au marché, par définition transitoire. Il est sûr que l’implémentation à grande échelle des nouvelles énergies renouvelables a un coût  mais il faut comprendre qu’il est compensé par les bénéfices à moyen et long terme: réduction des émissions de gaz à effet de serre et de la dépendance aux énergies fossiles, création de richesse technologique utile pour l’ensemble de l’humanité, …. mais aussi création de places de travail localement. Cela n’est-il pas déjà le cas ?Je ne parle pas ici seulement d’emplois de chercheurs ou de cadres mais d’installateurs, d’électriciens, de monteurs, d’architectes, d’ingénieurs-conseils, etc. 2000 personnes vivent déjà du solaire photovoltaïque en Suisse essentiellement  grâce aux exportations. Cela pourrait être beaucoup plus si nous savions construire et implémenter sur le terrain ce qu’ont déjà réalisé nos chercheurs et nos industries d’exportation.

 

 

 

 

Neuchâtel Le PV-Lab emploie une soixantaine de collaborateurs.

 

 

 

 

Deutsche zusammenfassung

Die Solartechnik wird wettbewerbsfähig sein

Christophe Ballif sagt voraus, dass der Strom aus der Photovoltaik bald sehr wettbewerbsfähig sein wird. Der Direktor des Photovoltaik-Laboratoriums (PV-Lab) der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne rechnet sowohl mit einer steigenden Produktivität in der Produktion als auch mit einem verbesserten Wirkungsgrad der Solarzellen rechnet. Sein Laboratorium arbeitet daran, die Herstellungstechniken von Solarmodulen gemeinsam mit den grössten Schweizer Ausrüstungsexporteuren wie Meyer Burger und Oerlikon Solar zu verbessern. Als Experte für Dünnschichten und mikrokristallinen Technologien entwickelt das Laboratorium in Zusammenarbeit mit dem deutschen Unternehmen Roth&Rau auch eine neue Technologie für Heteroübergänge, die kristallines und amorphes Silizium zusammenführt. Damit können kostengünstige Module mit einem Wirkungsgrad von potenziell mehr als 20 Prozent hergestellt werden. Christophe Ballif bedauert, dass die Schweiz ihre erfolgreiche Solarexportindustrie nicht stärker mit einer aktiveren Politik in der Forschung und auf dem Binnenmarkt fördert.

Fabrice Delaye
Fabrice Delaye

JOURNALISTE

Lui écrire

Fabrice Delaye a découvert Internet le 18 juillet 1994 sur les écrans des inventeurs du Web au CERN. La NASA diffusait ce jour-là les images prises quasi en direct par Hubble de la collision de la comète Shoemaker-Levy sur la planète Jupiter…Fasciné, il suit depuis ses intuitions sur les autoroutes de l’information, les sentiers de traverse de la biologie et étend ses explorations de la microélectronique aux infrastructures géantes de l’énergie.

L’idée ? Montrer aux lecteurs de Bilan les labos qui fabriquent notre futur immédiat; éclairer les bases créatives de notre économie. Responsable de la rubrique techno de Bilan depuis 2006 après avoir été correspondant de L’Agefi aux Etats-Unis en association avec la Technology Review du MIT, Fabrice Delaye est diplômé de l’Institut d’Etudes Politiques de Paris et de l’EPFL.

Membre du jury des SwissICT Awards, du comité éditorial de la conférence Lift et expert auprès de TA-Swiss à l’Académie Suisse des Arts et des Sciences, Fabrice Delaye est l’auteur de la première biographie du président de l’EPFL, Patrick Aebischer.

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