Cas d'une centrale solaire d'une puissance de 10MWc
Les projets de centrales photovoltaïques se multiplient en France.
Les surfaces de ces projets dépassent souvent plusieurs dizaines d’hectares, pour des puissances crêtes installées de plusieurs dizaines de mégawatts.
On évoque souvent la performance carbone de panneaux solaires, mais quel est le bilan carbone d’un parc photovoltaïque complet ?
Nous proposons ci dessous une analyse pour un projet type de 10MWc qui enveloppe les différents cas de figure pour un parc photovoltaïque. Nous prendrons en compte deux types de panneaux photovoltaïques :
- fabriqués en France;
- fabriqués en Chine.
Le parc est installé en Provence pour le calcul des distances d’acheminement des composants du parc. Il est installé sur une surface après une opération de déboisement. Sa durée d’exploitation prévue est de 30 années. A l’issue de cette période le parc sera démantelé et ses composants recyclés.
Le bilan carbone estimé concerne le cycle de vie complet du parc photovoltaïque.
Synthèse du bilan carbone du parc photovoltaïque
Nous présentons ci-dessous le bilan des émissions de gaz à effet de serre pour les deux types de parcs, avec panneaux fabriqués en France et en Chine. Il faut noter que dans les totaux ci dessous 1800 tonnes ne sont pas des émissions à proprement parler, mais le déficit de séquestration en CO2 lié à la disparition de la forêt sur la période considérée.
L'impact des émissions de gaz à effet de serre (GES), panneaux fabriqués en France
Dans ce bilan, trois postes se détachent nettement :
- Le bilan carbone lié au cycle de vie des panneaux qui représente près de la moitié des émissions ;
- L’effet de la déforestation (sols, destruction de la biomasse et déficit de séquestration), 20% ;
- L’impact carbone lié à la fabrication des supports et de fixation des panneaux (20%).
L’ensemble des autres postes d’émissions pèse pour près de 10% du bilan global.
Cas d'une centrale solaire constituée de panneaux fabriqués en Chine
Pour le bilan du parc basé sur des panneaux fabriqués en Chine, ce sont les trois mêmes postes qui se détachent, mais avec une très nette prépondérance pour les panneaux :
- Emissions liées aux panneaux 18750 tonnes, 70% du total;
- Emissions liées à la déforestation : 3550 tonnes, 13% du total;
- Emissions liées aux supports 2650 tonnes, 10% du total.
Les autres postes d'émissions deviennent marginaux.
L'origine des données employées
Pour réaliser ce bilan carbone de parc photovoltaïque nous avons utilisé :
Pour les facteurs d’émissions :
- La base ADEME
- Les tableaux de la Méthode Bilan Carbone® version 8.8
- Des données constructeurs (panneaux Voltec Solar fabriqués en France) ou ENGIE/ADEME pour la Chine.
- D’infographies ONF et IGN pour les données carbone liées aux arbres.
La configuration générale du parc est issue d’études d’impact environnemental liées à des cas réels, comme le projet de Valence sur Baïse (CEGELEC) et Ferral les Corbières (URBA23).
La composition et la performance des équipements (onduleurs, transformateurs, locaux techniques, câbles, clôtures, protection incendie…) sont issues de fiches constructeurs.
La constitution d'une centrale photovoltaïque, exemple
Le schéma de principe de la centrale
Le parc photovoltaïque que nous avons retenu comprend :
- Les panneaux solaires. Nous prenons en compte deux sources de fabrication, en France et en Chine.
- Les organes de soutien et de fixation au sol des panneaux ;
- Le système de gestion électrique : raccordements, onduleurs, transformateurs, panneaux de gestion.
- Le système de sécurité : clôture, protection incendie.
- La préparation du terrain incluant une déforestation.
- Les travaux d’installation et de gestion du parc : construction, maintenance, déconstruction et recyclage.
La plupart des équipements du parc solaire hors panneaux a une origine française, hormis les onduleurs, provenant d'une société en Autriche.
Les panneaux solaires
Nous avons retenu deux sources possibles pour cette étude. D’abord celle d’un fabricant installé en France, VOLTEC Solar, qui communique de façon transparente sur le bilan carbone de ses produits. Nous avons retenu la valeur de 701kg d’émission de CO2 par kWc installé pour cette source.
Pour les panneaux photovoltaïques fabriqués en chine, nous retenons une valeur de 50 g de CO2 par KWh produit, donnée ENGIE / ADEME. Bien que cela ne soit pas indiqué dans l’information communiquée nous supposons que cette valeur comprend le transport des panneaux depuis la Chine vers la France ainsi que les activités liées au recyclage des panneaux. Nous obtenons ainsi un bilan carbone sur la durée de vie du parc photovoltaïque de 18700 tonnes, soit plus de 2,5 fois plus qu’avec la solution VOLTEC Solar fabriquée en France. Compte tenu des différences de performance carbone entre les productions d’électricité en Chine et en France, cette différence apparait cohérente.
La fabrication d'un panneau solaire consomme beaucoup d'énergie, notamment sous forme électrique.
Les organes de soutien et de fixation des panneaux solaires
Dans cette étude nous avons pris en compte des tables de support et des équerres d’inclinaison en alliage d’aluminium.
Les tables sont fixées sur des pieux battus de 113mm de diamètre en acier galvanisé d’une hauteur de 3 mètres, dont deux enfoncés dans le sol.
Cette solution évite l’emploi du béton pour soutenir les structures de panneaux. Elle permet de minimiser l'imperméabilisation du sol. La conception de la structure pour soutenir et fixer les panneaux dépendra de la nature du sol ou des conditions météorologiques les plus défavorables du site, comme les hauteurs de neige possibles ou la force maximale du vent. Cette conception peut varier d'un site à un autre.
Les équipements de gestion électrique
Ceux-ci comprennent :
- Les câbles de transport de l’énergie au sein du parc photovoltaïque ;
- Les câbles de raccordement au réseau en 20 ou 30KV ;
- Les transformateurs de tension MT/HT ;
- Les onduleurs de transformation du courant continu en courant alternatif. Ils sont répartis dans le parc ;
- Les panneaux de gestion et protection électrique ;
- Les bâtiments abritant les transformateurs.
Les équipements de sécurité
Il est prévu :
- Une clôture grillagée métallique de 2m de hauteur sur tout le périmètre du parc solaire, fixée au sol par les piquets scellés dans des plots en béton.
- Une réserve d’eau dans une citerne souple de 120m3.
Nous n’avons pas intégré de système de vidéosurveillance ou de détection d’intrusion pour ce bilan carbone parc photovoltaïque.
Les opérations de construction, d'exploitation et de démantèlement de la centrale
Il est prévu une période de 4 mois pour la mise en service du parc. Des visites techniques ont lieu chaque mois pour inspecter l’état des installations. Deux nettoyages annuels des panneaux sont effectués.
D’un point de vue performance de l’installation, il est pris en compte :
- Un rendement de 98% des onduleurs ;
- Un rendement de 99% des transformateurs ;
- Une consommation électrique de 16w (onduleurs, effet négligeable);
- Une capacité de production égale à 1250 h par an.
En fin de vie, l’ensemble des équipements est démonté du parc et envoyé en centre de recyclage.
La préparation du terrain pour accueillir la centrale solaire
Le bilan carbone du parc photovoltaïque doit intégrer les émissions liées à l'opération de déforestation préalable le cas échéant. Celle ci engendrera :
- une modification de la capacité des sols à stocker du gaz carbonique. L'ADEME propose plusieurs cas à considérer en fonction du changement de la couverture des sols;
- Les émissions liées à la biomasse évacuée et son traitement. On peut considérer que 50% de celle ci pourra continuer à stocker du carbone sous forme de produits durables : meubles en bois, charpentes, menuiserie bois.
Au delà de ces deux points il faut aussi prendre en compte le déficit de séquestration lié à la disparition de la forêt. L'IGN et l'ONF donnent des indications de la capacité des forêts à stocker le CO2 en fonction des essences et de la position géographique de la forêt considérée.
Cet exemple de bilan carbone parc photovoltaïque a été réalisé par Frédéric Durdux