Le solaire PV est-il une source d’électricité variable, intermittente, pilotable, flexible, fiable, prévisible ?

Chaque source d’énergie a ses caractéristiques et contraintes propres, qui ont un impact sur ses conditions d’utilisation, sa disponibilité, et son coût. La disponibilité des sources d’électricité dépend de nombreux facteurs.

Variabilité et intermittence [1]. La variabilité est une notion qui caractérise les fluctuations d’une source, mais ni leur rapidité ni leur amplitude. Parmi les sources variables, la notion d’intermittence suggère des variations rapides et de grande amplitude de la source, dont la puissance fournie peut devenir nulle. L’intermittence est subie lorsqu’elle est liée aux conditions environnementales, par exemple dans le cas de sources d’énergie renouvelables (solaire PV, éolien), mais aussi dans le cas de défaillances fréquentes de matériel [2]. L’intermittence est choisie lorsqu’on pilote la production d’une source en l’éteignant fréquemment. C’est par exemple le cas des moyens de production de pointe, qui sont allumés ou éteinte en l’espace de quelques heures.

Pilotage et flexibilité : c’est ce qui caractérise une source d’électricité dont la production peut être modulée suivant les besoins (équilibre production/consommation, stabilité du réseau). Le solaire PV, comme l’éolien, n’est pilotable que par écrêtement, c’est-à-dire en arrêtant ou en réduisant la production [3]. L’écrêtement constitue une perte nette pour le producteur puisque la source pourrait fournir plus d’énergie sans surcoût.

Fiabilité. Elle caractérise la probabilité de fonctionnement sans panne sur une période donnée. Le solaire PV est une source d’énergie particulièrement fiable, du fait de l’absence de pièce mobile et donc d’usure mécanique. Le taux de défaillance est très faible [3,4], et sans impact à l’échelle nationale grâce à l’effet de foisonnement (voir ci-dessous).

Le solaire PV est une source d’énergie intermittente, dont les variations ont principalement deux origines :

• l’alternance jour/nuit et plus généralement la trajectoire du soleil dans le ciel, parfaitement prévisible, et
• les conditions météorologiques : nuages, ombres, mais aussi la température et le vent. L’efficacité d’une cellule solaire diminue d’environ 0,3 à 0,5 % par degré Celsius, et le vent contribue à son refroidissement.

L’impact de ces variations peut être atténué de différentes manières.

L’effet de foisonnement, obtenu par la multiplication de sources éloignées, atténue les effets des fluctuations temporelles aux petites échelles de temps (jusqu’à quelques heures) liées à l’intermittence et la variabilité de la production d’énergie [6,7]. Il n’est donc pas nécessaire de prévoir la production solaire PV à une petite échelle de temps et d’espace.

La complémentarité des ressources solaires (maximales en été) et éoliennes (maximales à l’automne et au printemps) permet d’atténuer l’impact des variations saisonnières (voir les scénarios pour le futur mix énergétique, Fiches n°22 et 23) sans faire disparaître l’intermittence.

Prévisibilité. Prévoir la production solaire PV est utile pour faciliter la gestion du réseau électrique (stabilité, équilibre production/consommation) et les besoins de stockage (voir les Fiches n°32 et 41). La prévisibilité de la production solaire PV doit être considérée à différentes échelles de temps.

• Aux temps courts (quelques heures à quelques jours), le foisonnement diminue le besoin d’une prévision locale, qui dépend de la fiabilité des prévisions météorologiques. Pour la prévision à 24 heures de l’irradiation solaire intégrée sur une heure, les erreurs sont de l’ordre de 5 à 10 % [8,9].
• Sur le temps long, les variations saisonnières sont importantes mais facilement prévisibles. Pour un lieu et un mois donnés, la production PV mensuelle est soumise à des variations inter-annuelles relativement faibles. Au centre de la France, on trouve par exemple que l’irradiation solaire mensuelle varie d’un facteur 5 entre décembre et juillet, mais les variations inter-annuelles sont de l’ordre de 10 % pendant la période de production maximale (mars-octobre) [10].