Énergie solaire photovoltaïque

L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique renouvelable produite à partir du rayonnement solaire. La cellule photovoltaïque est un composant électronique qui est la base des installations produisant cette énergie. Elle fonctionne sur le principe de l'effet photoélectrique. Plusieurs cellules sont reliées entre elles sur un module solaire photovoltaïque, plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire. Cette installation produit de l'électricité qui peut être consommée sur place ou alimenter un réseau de distribution.

Le terme photovoltaïque désigne selon le contexte le phénomène physique - l'effet photovoltaïque - ou la technique associée.

Technique
Article détaillé : cellule photovoltaïque.

Le principe de l'obtention du courant par les cellules photovoltaïques s'appelle l'effet photoélectrique. Ces cellules produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire. Ensuite l'utilisation de ce courant continu diffère d'une installation à l'autre, selon le but de celle-ci. On distingue principalement deux types d'utilisation, celui où l'installation photovoltaïque est connectée à un réseau de distribution d'électricité et celui où elle ne l'est pas.

Les installations non connectées peuvent directement consommer l'électricité produite. À grande échelle, c'est le cas des calculatrices solaires et autres gadgets, conçus pour fonctionner en présence de lumière naturelle ou artificielle (dans un logement ou un bureau). À plus petite échelle, des sites non raccordés au réseau électrique (en montagne, sur des îles ou des voiliers, un satellite...) sont alimentés de la sorte, avec des batteries d'accumulateurs pour disposer d'électricité au cours de périodes sans lumière (la nuit notamment).

Des installations photovoltaïques sont aussi connectées aux réseaux de distribution électrique. Sur les grands réseaux de distribution (Amérique du Nord, Europe, Japon...) des installations photovoltaïques produisent de l'électricité et l'injectent dans le réseau. Pour ce faire, ces installations sont munies d'onduleurs qui transforment le courant continu en courant alternatif aux caractéristiques du réseau (fréquence de 50 Hz en Europe continentale ou 60 Hz en Amérique du Nord et au Royaume-Uni par exemple). Elles n'ont pas besoin d'installation de stockage (batteries), l'électricité est consommée à l'instant où elle est produite par les consommateurs les plus proches sur le réseau.
Modules photovoltaïques

Il existe plusieurs techniques de modules solaires photovoltaïques :
les modules solaires monocristallins possèdent le meilleur rendement au m² et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints. Le coût, plus élevé que celui d'autres installations de même puissance, contrarie le développement de cette technique ;
les modules solaires polycristallins ont actuellement le meilleur rapport qualité/prix, c'est pourquoi ce sont les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans) ;
les modules solaires amorphes auront certainement un bon avenir car ils peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Cependant, le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, cette solution nécessite donc une plus grande surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m² installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules cristallines1.
Influence de l'ensoleillement

Carte de la Radiation Solaire en France

Même si la constante solaire est de 1,367 kW/m²note 1, les pertes de lumière lors de la traversée de l'atmosphère réduisent l'énergie maximale reçue au sol à environ 1 kW/m² au midi vrai2 :1 m² de panneaux exposés en plein soleil reçoivent 1 kW (1 000 watts). C'est cette valeur qui est communément retenue pour les calculs, et en laboratoire pour déterminer le rendement d'une cellule ou d'un panneau solaire, c'est une source lumineuse artificielle de 1 kW/m² qui est utilisée. Au final, l'énergie qui arrive au sol dépend de la nébulosité, de l'inclinaison du soleil (et de l'épaisseur de l'atmosphère à traverser) et donc de l'heure de la journée.

Au cours d'une journée, même sans nuage, la production électrique du panneau varie en permanence en fonction de la position du soleil et n'est à son maximum que pendant un bref passage au plein midi. Le « nombre d'heures d'équivalent plein soleil » (valeur qui concerne le producteur d'électricité photovoltaïque), est moindre que le nombre d'heures où le soleil a brillé (le nombre d'heures d'ensoleillement au sens de la météorologie3) dans la journée. La saison joue aussi, dans le même sens. Par exemple, la ville de Rouen est située sur la ligne des 1 750 heuresd'ensoleillement par an, alors que le nombre d'heures d'équivalent plein soleil y est proche de 1 100 heures.

Cette question peut être étudiée plus en détail sur le site de l'Institut de l'énergie solaire (INES) ; il faut aussi tenir compte de l'albédo du sol, c'est-à-dire de son pouvoir de réflexion de la lumière. Lorsqu'une installation est dans un environnement très réfléchissant (un paysage de neige par exemple), sa production augmente parce qu'elle récupère une petite partie de la lumière réfléchie par la neige alentour. Mais cette variable n'est pas facile à quantifier et se trouve, de fait, incluse dans le nombre d'heures d'équivalent plein soleil.

Avant de s'équiper en panneaux photovoltaïques, il est conseillé de se renseigner sur les conditions locales du lieu géographique concerné. L'information se trouve facilement sur internet, par exemple, la Communauté Européenne a mis en ligne un nouveau logiciel gratuit PV Estimation Utility. Selon cet outil, à Liège on peut obtenir 833 kWh/kWc/an, à Hambourg 846, à Londres869, à Colmar 920, à Rouen 931, à Munich 1000, à Arcachon 1 130, à Chamonix 1 060, à La Rochelle 1 140, à Agen 1 110, à Montélimar 1 250, à Perpignan 1 250, à Héraklion 1 330, à Madrid1 410, à Cannes 1 330, à Séville 1 420, à Malte 1 480 et à Faro Portugal 1 490 kWh/kWc/an, soit un facteur de charge annuel potentiel variant de 9 à 17 % selon les pays et régions.
Économie


Après avoir été tirée par l’électrification des sites isolés et l'alimentation de matériel mobile, la demande est maintenant motivée par la perspective de manquer d'énergie et le souci d'éviter l'émission de gaz à effet de serre, et concerne surtout les installations connectées au réseau.
Incitations étatiques et coût financier

Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaïques sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l'électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France et dans d'autres pays (mais souvent à des conditions particulières). La France a annoncé le lundi 23 août 2010 une baisse de 12 % des tarifs d'achat de l'électricité photovoltaïque (ne concernant pas les particuliers), ainsi que de futures révisions de ces tarifs, pour réorganiser la filière4. Le 2 décembre 2010, le Premier Ministre a annoncé une remise à plat du soutien public à la filière photovoltaïque et a notamment confirmé vouloir définir «un nouveau cadre» d'ici à mars 2011. En attendant, il a été décidé d'un moratoire sur les nouveaux projets, à l'exception des installations «à usage domestique», une décision qui a suscité de vives réactions de la part du secteur5.

Un rapport de l'Inspection générale des finances publié le 3 septembre 2010 avance que le photovoltaïque, du fait de la faible production industrielle nationale, contribue pour 2 % au déficit commercial de la France (800 millions d'euros en 2009)6. Ce rapport dénonce également un « risque financier majeur » pour les consommateurs7. En décembre de la même année, Nathalie Kosciusko-Morizet s'élevait contre l’importation en grande quantité de panneaux photovoltaïques chinois à bas coût en France8. Selon la ministre de l'Écologie, ces panneaux solaires importés de Chine équivaudraient à « une gamme de base dont la réalisation représente 1,8 fois la production de CO2 d'un panneau français »9.
Emplois

La filière photovoltaïque représenterait entre 20 000 et 35 000 emplois en France, situés malheureusement « dans l'aval de chaîne de valeur (développement de projet, installation...) » et non dans la partie la plus innovante (recherche, fabrication). Selon une étude du cabinet SIA-Conseil, un emploi dans le photovoltaïque coûterait de 10 à 40 % plus cher que l’indemnisation d’un chômeur10. Le moratoire photovoltaïque en France, qui a duré de décembre 2010 à mars 2011, pourrait entraîner plus de 5 000 suppressions de postes11.
Capacités de production mondiales

En 2011, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté dans le monde, une puissance de 27 600 MW, portant la totalité des installations mondiales à plus de 67 000 MW12. L'Allemagne (7 400 MW), l’Italie (2 320 MW), le Japon (990 MW) et les États-Unis (920 MW) représentaient ensemble 80 % du marché mondial (pour les installations faites en 2010)13. Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l'électricité) représentent la grosse majorité des nouvelles installations.

Les six plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partageaient, en 2010, 50 % du marché mondial. Il s'agit des sociétés chinoises Suntech Power, JA Solar, Trina Solar et Yingly, de l’entreprise américaine First Solar et de l'allemande Q-Cells14. La Chine à elle seule, a produit en 2010 près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, et c'est aussi en Chine que la majorité des panneaux sont assemblés.



Faillites d'entreprises
Au début de 2010, suite à la flambée des demandes de rachat d'électricité photovoltaïque reçues par EDF en novembre-décembre 2009, le gouvernement a adopté des mesures d'urgence : mesures transitoires pour traiter l’afflux des demandes, ajustement des tarifs de rachat ; il a confié à l'Inspection Générale des Finances (IGF) une "Mission relative à la régulation et au développement de la filière photovoltaïque en France", qui a rendu son rapport en juin 201015.

Ce rapport met en évidence l'incohérence des réglementations mises en place dans le cadre du Grenelle de l'Environnement et des objectifs européens 2020 pour favoriser le financement du développement de la filière photovoltaïque :
tarifs d'achat trop attractifs (nettement supérieurs à ceux de la plupart des autres pays, et au coût effectif de production en forte baisse),
cumul des avantages fiscaux (déductions d'impôt sur le revenu, déductions ISF-PME, aides des collectivités locales) avec les tarifs d'achat, le tout débouchant sur une rentabilité excessive des projets (TRI souvent supérieur à 20 %),
fort déficit de la balance commerciale dans le domaine, qui atteint 800 M€ en 2009 (soit 2% du déficit commercial français)
faible efficacité de ces aides, aussi bien en terme de réduction d'émissions de CO2 (les tarifs d'achat photovoltaïque accaparent une part prépondérante de la CSPE pour une production d'électricité beaucoup plus faible que l'éolien, la biomasse, etc) que de création d'emplois.

Il alertait les pouvoirs publics sur le risque d'explosion de la CSPE, et proposait une série de mesures pour atténuer l'impact du photovoltaïque : baisse immédiate des tarifs de rachat, mise en place d'appels d'offres pour les gros projets et d'un mécanisme de baisses automatiques trimestrielles des tarifs de rachat pour les petits, ...

Ces mesures ont été effectivement mises en place fin 2010, en particulier un moratoire de trois mois sur les raccordements des installations photovoltaïques16 ; elles ont globalement réussi à assainir la filière , mais la file d'attente des projets de 2009 n'est pas encore totalement résorbée à la fin de 2012.

Le tarif de rachat de l'électricité photovoltaïque, qui était de 60 centimes le kWh pour les particuliers, est maintenant fixé par la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE) et révisé trimestriellement en fonction de la progression du parc installé au trimestre précédent. Il est, au 2e trimestre 2012 de 37 centimes par kWh17.

L'Allemagne et l'Espagne ont également diminué fortement les subventions de ce secteur. La production mondiale est supérieure à la demande, et la chute des prix associée à la forte concurrence des producteurs chinois met un bon nombre d'entreprises européennes et américaines en difficulté. On peut citer les entreprises suivantes :
le fabricant américain Evergreen Solar qui dépose le bilan en août 201118
le fabricant américain Solyndra qui dépose le bilan en octobre 201119
le fabricant français Photowatt qui dépose le bilan en novembre 2011 et dont les activités sont reprises en février 2012 par EDF énergies nouvelles20
le fabricant allemand Solon qui dépose le bilan en décembre 201121
le fabricant allemand Solarhybrid qui dépose le bilan en mars 201222
l'installateur français Evasol qui dépose le bilan en mars 201223
le fabricant allemand Q-Cells, un des leaders mondiaux de la fabrication de cellules photovoltaïques, qui dépose le bilan en avril 201224
le fabricant allemand Sovello qui dépose le bilan en mai 201225
Prix des équipements (hors taxes)



Cet article ne cite pas suffisamment ses sources (juillet 2010).
Si vous disposez d'ouvrages ou d'articles de référence ou si vous connaissez des sites web de qualité traitant du thème abordé ici, merci de compléter l'article en donnant les références utiles à sa vérifiabilité et en les liant à la section « Notes et références ».

Modules polycristallins (fabrication) : ~500 $/kWc
Modules polycristallins (du grossiste au détaillant) : de 1 500 $ à 3 500 $ / kWc (8 m²/kWc)
Installation : de 600 à 2 000 $/kWc (en autoconstruction de 100 $ à 400 $/kWc)
Onduleur pour injection réseau : ~400 $/kWc

La cible de 1 $ par Wc (au niveau des cellules) correspond à un prix de 0,1 $ par kWh (Cf. infra), qu'il faut rapporter au prix actuel du kWh à la consommation par les sources classiques (nucléaire, charbon, gaz...) : environ 0,10 € TTC en France (un des moins chers du monde), 0,25 $ au Japon, etc.
Prix du kWh[modifier]
Article détaillé : module solaire photovoltaïque#Prix du kWh.

Le prix du kWh produit par une installation solaire photovoltaïque dépend des coûts fixes liés à l'investissement initial (achat du matériel et travaux), de la quantité de rayonnement solaire reçu par l'installation, du rendement de l'installation et surtout de la durée prise en compte pour l'amortissement de l'investissement. Pour ce dernier paramètre, il est raisonnable de considérer une durée a minima de 20 ans. C'est en effet ce que garantissent les constructeurs de panneaux (puissance garantie supérieure à 90 % de la valeur initiale). Pour un calcul plus précis, il faudrait tenir compte de la durée de vie moyenne de l'onduleur (très probablement comprise entre 10 et 20 ans pour une installation domestique).

Par exemple avec une durée d'amortissement de 10 ans :
pour une installation domestique de 3 kW produisant 3 000 kWh/annote 2, et ayant coûté 6 €/W, le kWh coûtait, en 2009, 58 centimes [réf. nécessaire] ; le coût descend à 40 centimes [réf. nécessaire] si on obtient 4 500 kWh/an (zone bien ensoleillée, comme en Corse par exemple) et monte à 72 centimes [réf. nécessaire] si la production n'est que 2 500 kWh/an (zone moins ensoleillée : nord de la France, Belgique) ;
pour une centrale solaire telle que celle d'Amareleja (Portugal), ayant coûté 261 millions d'euros[réf. nécessaire] et produisant 93 GWh/an[réf. nécessaire], soit 2,8 € par kWh et par an, le coût du kWh peut être estimé à 28 centimes ;
pour le projet (à échéance 2015) de centrale photovoltaïque à concentration de Mildura (en) en Australie, d'une puissance de 154 MW et produisant 270 GWh par an pour un investissement initial de 420 millions de dollars australiens (320 millions d'euros)26,27, le coût prévisionnel peut être estimé à 12 c€/kWh.
Éléments de rentabilité d'une installation[modifier]

Ensemble des éléments techniques, financiers et fiscaux à prendre en compte dans les calculs de rentabilité d'une installation produisant de l'énergie à partir du photovoltaïque :
flux financiers liés à l'investissement : ce sont le cout du matériel (modules, onduleurs...), le transport et le stockage, l'ingénierie et l'installation et les éventuelles options (télésurveillance) en année 0.À partir de la puissance installée, il est possible de calculer l'énergie annuelle qui sera produite, en fonction du taux d'ensoleillement de la région. Cette énergie annuelle est revendue à EDF (Agence d'Obligation d'Achats) au tarif indexé en vigueur pendant 20 ans en France et cela donne le chiffre d'affaires annuel généré par la centrale solaire photovoltaïque.
flux financiers liés à l'exploitation : ils représentent le chiffre d'affaires dès la première année, lorsque la centrale est raccordée au réseau, duquel il faut déduire les différents flux et charges tels l'exploitation et la maintenance, la location de la toiture si applicable, la prime d'assurance, les frais généraux, la taxe professionnelle, les dotations aux amortissements et aux provisions, la variation du BFR et l'impôt sur les sociétés qui s'applique sur le résultat net, car une société ad hoc est souvent constituée pour chaque projet photovoltaïque.Ces flux sont aisés à estimer pendant les 20 ans de l'obligation d'achat, mais des hypothèses de valeur résiduelle de l'équipement après 20 ans sont aussi à prendre en compte.
flux liés aux financements : ils prennent en compte le montage financier, la dette qui peut représenter 80 % de l'investissement initial, son remboursement et les intérêts.

Le tableau des flux étant complété, il suffit de calculer la valeur actuelle nette (VAN), le taux de rentabilité interne le (Taux de rentabilité interne) et le délai d'amortissement pour cet investissement.
Comparaison des prix[modifier]

Pour une énergie donnée, calculer son prix nécessite de faire des hypothèses sur les taux d'intérêt, les frais de maintenance futurs (dont ceux de personnel), de combustible (ce qui signifie par exemple qu'on fait une hypothèse sur son prix dans plusieurs années), les durées d'utilisation de l'équipement (amortissement), etc. Chaque étude choisit ses propres hypothèses et donc les résultats peuvent varier.

La comparaison peut en outre tenir compte du fait que la production photovoltaïque peut se faire directement au niveau du consommateur, ce qui permet de s'affranchir des frais et pertes de distribution, commercialisation, etc. Ces frais sont importants, ils expliquent en partie la différence entre le prix du kWh à la production (3 à 4 centimes pour les moins chers : centrale nucléaire, turbine à gaz à cycle combiné, centrale à charbon à lit fluidisé28) et les prix de vente au niveau du consommateur (10 à 15 centimes, voire plus, selon les pays).

De toutes les énergies renouvelables, le kWh photovoltaïque est (en 2008) de loin le plus cher (20 à 25 centimes pour une centrale et environ 40 centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 à 8 pour l'éolien par exemple)29. Selon un rapport de l'Inspection générale des finances (IGF) d'août 2010, «l'écart entre le tarif d'achat (entre 414 et 580 euros par Mégawatt.heure début 2010) et le prix du marché (56 euros par MWh) est financé par les consommateurs d'électricité via la contribution au service public de l'électricité (CSPE)». Cela donnait début 2010 un tarif d'achat de 7,4 à 10,4 fois supérieur pour le photovoltaïque en comparaison des prix actuels du marché. Les auteurs de ce même rapport ont chiffré les charges supplémentaires pour les ménages occasionnées par l'achat de la production photovoltaïque à la hauteur de 60 euros par an pour un ménage se chauffant à l'électricité30.

Si on se projette dans l'avenir, on peut anticiper une hausse du prix de l'électricité fossile et nucléaire (hausse du prix du combustible à cause du rapprochement du pic de production, taxe carbone, nouvelles exigences de sûreté et retraitement nucléaire…) et une baisse du prix de l'énergie photovoltaïque (progrès technique, économies d'échelle suite à la hausse des volumes).

Une étude de juillet 2010 réalisée pour l'association américaine NC WARN31, qui promeut les énergies renouvelables et combat le nucléaire, par deux universitaires de l'Université Duke en Caroline du Nord, avance que le solaire est dorénavant moins cher que le nucléaire32. Ces deux chercheurs se basent sur un prix du kWh photovoltaïque de 14 cents $ (10,2 centimes) et sur un coût d'installation de 8 $/W (5,83 €/W). Ces chiffres sont à rapprocher des prix réels actuels du kWh photovoltaïque (entre 30 et 46 centimes (mi-2011) pour la France selon la taille et le type d’installation).

Les autres énergies renouvelables et notamment le solaire thermodynamique (centrale solaire thermodynamique) restent actuellement moins chères33. Selon un rapport de l'Inspection générale des finances (septembre 2010) le photovoltaïque est « la plus coûteuse des sources d'électricité renouvelables », étant 3,3 fois plus chère que l'hydroélectricité, et 2,85 fois plus chère que l'éolien terrestre6. La seule énergie plus chère que celle du photovoltaïque est actuellement celle des piles électriques, d'autant qu'il est très facile d'implanter un petit capteur photoélectrique sur les petits appareils qui utilisent cette source : c'est la raison pour laquelle les modules sont très répandus dans les calculettes, montres, gadgets, balances, télécommandes, etc.

La technique photovoltaïque présente cependant des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres[réf. nécessaire]. De plus, il faut tenir compte des économies dans le cas ou elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil…), et des économies sur le réseau électrique induites par des installations décentralisées de production d'électricité. Ces facteurs justifient l’intérêt pour le photovoltaïque et expliquent qu'il bénéficie d'incitations gouvernementales lui permettant de se développer en dépit de coûts plus importants que toutes les autres, développement qui est d'ailleurs une des conditions à la baisse des coûts.
Puissances installées[modifier]

Évolution des puissances installées entre 2009 et 2011 pour les 10 premiers pays du monde en termes de puissance installée cumulée.
Puissance PV installée (2010-2011) des 10 premiers pays du mondePaysInstallé en 201034À fin 201034À fin 201112 Allemagne 7 400 MW 17 370 MW 24 700 MW
Italie 2 320 MW 3 500 MW 12 500 MW
Japon 990 MW 3 620 MW 4 700 MW
Espagne 392 MW 3 900 MW 4 200 MW
États-Unis 920 MW 2 534 MW 4 200 MW
Chine 500 MW 800 MW 2 900 MW
France 720 MW 1 025 MW 2 500 MW
Belgique 300 MW 950 MW 1 500 MW
Australie 380 MW 570 MW 1 200 MW
Royaume-Uni 45 MW 70 MW 750 MW
Total mondial 14 000 MW 39 700 MW 67 350 MW


Ces nouvelles installations ont fait croître le parc mondial installé de 66 % en 200913 et de 70 % en 201112.

Malgré un ralentissement du à la crise de 2008 et à ses suites, le photovoltaïque a continué à se développer avec plus de 29 000 MWc raccordés au réseau en 2011 (+73 %) dans le monde35.

En Europe, les énergies renouvelables représentent plus de 70 % des puissances nouvellement installées dans l’UE, et le solaire y tient une place proportionnellement croissante, qui devrait approcher 2 % de la consommation électrique totale de l'UE fin 2012 (3,6 % de la consommation électrique totale du pays en Italie, 3,1 % en Allemagne et 2,6 % en Espagne)35.
En 2011, avec 21 529 MWc raccordés (centrales photovoltaïques connectées au réseau), l'Europe était la première zone mondiale de développement du photovoltaïque35. Ces raccordements ont porté la puissance cumulée du parc européen à 51 357 MWc36.
En termes de parcs installés ; en 2011 les leaders européens étaient l'Allemagne (+9280 MWc par rapport à 2010), puis l'Italie (+7505 MWc) ; soit, pour ces deux pays, une puissance connectée supplémentaire de près de 17 000 MWc35. Viennent ensuite l'Espagne (3ème avec 4214 MWc), et loin derrière les premiers la France (2831 MWc, en comptant les DOM)35. C'est le secteur électrique le plus dynamique en termes d’installations, loin devant l’éolien (+9368 MW), les centrales à gaz naturel (+9718 MW), les centrales au charbon (+2200 MW), celles au fioul (+700 MW) ou les centrales nucléaires (+331 MW)35.

En France, le parc photovoltaïque s'est étoffé avec, au 31 septembre 2010, plus de 120 000 installations représentant 614 MW raccordés au réseau d'ERDF et 89 MW raccordés dans les DOM TOM au 30 juin 2010, soit une progression de 47 % de la fin mars 2010 à la fin juin 2010. Plus de 79 000 nouvelles "centrales" (soit 1634 MWc) ont été raccordées au réseau durant les 12 mois de 2011, avec une forte diminution fin 2011, probablement liée à la baisse des prix de rachats par EDF depuis le 4 mars 2011. L'accès au réseau est en outre limité par le gestionnaire qui n'annonce que 500 MWc supplémentaire en 2012. Les centrales produisant plus de 100 kWc ne sont pas concernées par les tarifs de rachat, mais sont autorisées après réponses à des appels d’offres.

En septembre 2012, le parc photovoltaïque installé en France métropolitaine atteint 3 060 MW37; il était en mars 2012 d'une puissance pic de 2 672 MW avec plus de 238 000 installations38. La France, de 2010 à 2011 avait progressé de +1600 MWc de puissance reliée au réseau, ce qui en a fait le 3e marché européen.
En juillet 2010, son gouvernement avait présenté un plan visant 23 % d'énergie d'origine renouvelable en 2020, et 5400 MW d'énergie photovoltaïque en ligne en 2020.
Alors que le prix des modules photovoltaïques diminue (plus vite que la baisse des tarifs d’achat d’électricité solaire dans certains pays), pour éviter ce qu'il considère comme un emballement du secteur avec plus de 3 375 MW de demandes de raccordement en cours au 30 juin 2010, le gouvernement a publié 13 décrets et lois en 2010, visant à diminuer les crédits d’impôt et les tarifs de rachat de l'électricité produite. Le 2 décembre 2010, le gouvernement a annoncé un moratoire de 4 mois sur les installations photovoltaïques de plus de 3 KWc39. Le 4 mars 2011, il a publié un décret annonçant une nouvelle diminution de 20 % du prix de rachat de l'électricité photovoltaïque ; Il a aussi décidé de plafonner à une puissance de 500 MW annuels les nouveaux projets subventionnés de production d'électricité photovoltaïque. Un 1er appel d’offres (centrales de 100 à 250 kWc) a été publié en mars 2012 et un second (centrales de plus de 250 kWc) devrait l'être en septembre 2012, pour 450 MW à installer entre 2012 et 2014.

Par ailleurs, pour améliorer la sécurité électrique des installations (37 % des installations étant non conformes en 2009, 72 % pour risque d’électrocution et 28 % pour risque d'incendie), le Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement a modifié le décret du 14 décembre 1972 afin d'étendre l'attestation de conformité aux centrales photovoltaïques.
Recherche et développement[modifier]

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent. L'essentiel des progrès se fait au niveau des cellules. Cependant, il existe aussi des innovations au niveau d'autres éléments qui peuvent réduire le coût global ou améliorer les fonctionnalités : amélioration des onduleurs, des héliostats, intégration dans des éléments standards de toitures (sous forme de tuiles par exemple), de vitrage ou de façade, mécanismes anti-poussières automatiques, vitres des panneaux solaires laissant mieux passer l'énergie solaire... Fin 2011, on compte au moins 70 solutions différentes d'intégration dans le bâti40.

Le système peut synergiquement être associé à une pompe à chaleur, avec amélioration des rendements respectifs. C'est ce qu'à montré une expérimentation récente (Ex : + 20 % de rendement dans les conditions climatiques deChambéry en Savoie). C'est un des moyens (breveté en France sous le nom «Aedomia») d'atteindre la "basse consommation" voire le bâtiment à énergie positive ; La chaleur accumulée par les panneaux photovoltaïques peut être récupérée pour améliorer le rendement d'une pompe à chaleur, elle même alimentée par l'électricité produite. De plus le module photovoltaïque produit plus d'électricité quand il est ainsi réfrigéré. Un stockage intermédiaire de calories (ballon d'eau chaude) est nécessaire, car les pompes à chaleur classiques s'arrêtent (sécurité) au-dessus de 40 °C alors que l'air chauffé par le soleil peut atteindre 50 °C41.
Risques environnementaux[modifier]

Si l'électricité produite par une installation photovoltaïque est sans pollution, la fabrication, l'installation et l'élimination des panneaux ont un impact sur l'environnement42. Pour cette raison, les différents gouvernements mettent progressivement en place des obligations d'intégrer le démantèlement et le recyclage des installations en fin de vie. Ainsi en France, dès janvier 2012, une analyse de cycle de fin de vie des installations sera exigée43.
Sécurité incendie[modifier]

S'il existe des normes sur les circuits électriques et onduleurs, depuis leur apparition, les prescriptions techniques d'installation et d'utilisation des panneaux solaires sont fournies par les industriels. Il n'existe pas de normes européennes ou nationales spécifiques au photovoltaïque. Le ministère en charge de l’Écologie a commandé une étude à l'INERIS et au CSTB pour évaluer les risques d'incendies et le comportement au feu des panneaux photovoltaïques. Cette étude a été suivie d'un groupe de travail associant notamment la direction de la Sécurité civile44

En laboratoire, des essais et tests d'inflammabilité et de dégagement éventuel de gaz ou fumées toxiques ont été réalisés en laboratoire sur des échantillons de panneaux à cellules amorphes (panneau collé sur une membrane d'étanchéité) et sur des panneaux à base de cellules en tellurure de cadmium insérées entre deux couches de verre. les analyses ont montré que les impacts toxique des émissions de fumées ou de vapeur de cadmium étaient négligeables44.

En conditions réelles de bâtiments industriels, des tests ont étudié la propagation de la flamme sur une toiture certifiée BROOF (t3), avec panneau seul et panneau sur étanchéité en bitume, avec pente de toiture faible, et présence d'un isolant en dessous du panneau. Les panneaux se sont montrés « très résistant, même en présence d'une étanchéité combustible ». Le panneau seul n'a pas ou peu contribué à propager le feu (seul le support brûlait), sur une toiture d'entrepôt, l'étanchéité (bitume) a peu contribué à propager le feu. Dans les deux cas, le courant a continué à circuler, malgré la destruction des éléments. En conditions de toiture type entrepôt, la puissance électrique délivrée reste à un niveau relativement important, mais des variations de puissance sont induites par la destruction d'une partie des panneaux et la présence de fumées. En conditions réelles de maison d'habitation (maquettes de maison avec ou sans panneaux photovoltaïques sur combles), le panneau semble jouer un rôle isolant qui se traduit par une augmentation plus rapide des températures observées sous la toiture dans les combles durant le feu ; les températures critiques sont atteintes environ 5 minutes plus tôt que sans panneaux (« températures atteintes au bout de 11 minutes contre 6 pour un incendie avec panneau » lors de cet essai où les matériaux d'étanchéité utilisés étaient combustibles. L'Ineris recommande que les recommandations sur la sécurité incendie ne concernent pas seulement le panneau photovoltaïque lui-même mais tout le dispositif d'accueil du panneau en toiture44 ;

Le CSTB et l'INERIS ont conclu que les systèmes photovoltaïques composés de modules standards sur cadres métalliques ou matériaux peu inflammables (classé au plus B-s3, d0 ou M1) et non déformables, ne contribuent que faiblement au développement du feu, et répondent aux exigences réglementaires du bâtiment. Quand les panneaux sont directement intégrés dans le bâti, le CSTB recommande, pour limiter le risque de court-circuit électrique et d'incendie induit, d'éviter tout contact direct des panneaux avec une structure ou un écran facilement inflammable.
Les installations sur façade accrochées sur un mur de béton ou sur un bardage métallique en acier ne présente pas de danger en situation d'incendie, à condition d'éviter un effet cheminée au dos des systèmes, comme pour n'importe quel bardage. Une plaquette explicative du CSTB est attendue pour juillet 2011, ainsi que des recommandations pour les « interventions pompier » pour septembre 2011.
Parcs au sol et concurrence d'usage

L'installation de parcs photovoltaïques au sol entraîne une concurrence d'usage de la terre entre la production d'énergie et la production agricole par exemple. Néanmoins leur installation peut avoir des avantages comme la valorisation des sols artificialisés ou pollués et entraîner des économies d'échelle en comparaison des panneaux solaires posés sur les toits.

Plusieurs associations et organisations intervenant dans les domaines de l'énergie et de la protection de l'environnement proposent 5 recommandations à considérer pour tout projet de création de parc photovoltaïque au sol45 :
Le parc photovoltaïque doit s'inscrire dans une politique de territoire
Tout projet de parc photovoltaïque doit avoir fait l'objet d'études sur l'usage des sols et leur artificialisation
La préservation de la biodiversité doit faire l'objet d'une considération particulière
La multifonctionnalité doit être favorisée
La réversibilité doit être recherchée