Lignes directrices pour l’établissement d’un cahier des charges sur l’évaluation du potentiel de développement de la filière solaire (photovoltaïque et solaire thermique)








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date de publication21.10.2016
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Fiches thématiques relatives à la co-élaboration des schémas régionaux du climat, de l’air et de l’énergie

DOMAINE : EnR

Lignes directrices pour l’établissement d’un cahier des charges sur l’évaluation du potentiel de développement de la filière solaire (photovoltaïque et solaire thermique)
Cette étude peut être effectuée dans un délai d’environ 6 mois.


  1. Objectifs de l’étude




  • identifier les zones favorables au développement des installations photovoltaïques au sol et identifier le potentiel pour 2015 et 2020 pour chacun des types de zones ;

  • identifier le potentiel de développement du solaire photovoltaïque et thermique sur toiture au niveau régional et par grand ensemble géographique pour 2015 et 2020 ;

  • fournir une base de réflexion pour la définition des objectifs dans le cadre des travaux d’élaboration du schéma régional du climat, de l’air et de l’énergie.


Pour les installations au sol, il s’agit de cartographier les zones favorables, à l’échelle départementale et régionale.
Définition : on entend par zone favorable les zones où le développement du solaire ne s’oppose pas à des contraintes rédhibitoires. Ces zones favorables peuvent présenter des niveaux d’enjeux différents, de sorte qu’elles ne correspondent pas uniquement à des zones « vertes » c’est-à-dire sans enjeux.


  1. Délivrables




    • analyse économique de la filière régionale ;

    • cartographie du gisement solaire régional (ensoleillement annuel, mensuel, nombre d’heures équivalent pleine puissance, données météo) ;

    • identification et cartographie des contraintes à l’échelle régionale (relief, occupation du sol, enjeux environnementaux, paysagers, risques naturels, servitudes) ;

    • présentation des potentiels photovoltaïque et thermique régionaux sur bâtiments (neufs, existants, total) par horizon temporel, en prenant en compte la dynamique de construction et sur la base d’un ratio de répartition photovoltaïque / thermique;

    • identification des zones possibles et favorables pour le développement des centrales photovoltaïque au sol, des zones à enjeu fort par croisement de l’occupation des sols et des enjeux à respecter, et en tenant compte des effets cumulés ;

    • cartographie régionale et départementale (voire communale) des zones possibles et favorables pour le développement des centrales photovoltaïque au sol, avec puissance associées (voire répartition des puissances par commune). Identification des zones à enjeu fort ;

    • rapport de présentation détaillant les résultats intermédiaires et la méthodologie fondée sur les éléments fournis ci-après et les spécificités régionales justifiant une adaptation de la méthodologie.




  1. Méthodologie


3.1. Caractérisation du contexte régional


  • Identification du gisement


Cartographie de l’ensoleillement annuel sur un plan horizontal exprimé en kWh/m².an

(échelle : régionale)

Cartographies de l’ensoleillement mensuel exprimé en Wh/m².jour

(échelle : régionale)

Cartographie du nombre d’heures sur l’année équivalent à pleine puissance d’un générateur photovoltaïque (par classe de nombre d’heures à production nominale)

Sélection de villes représentatives pour le dimensionnement des projets (voir infra typologie des projets)

Données météorologiques mensuelles par ville (Ensoleillement à l'horizontale (en Wh/m².j), Température mini, Température moyenne, Température maxi.


  • Typologie des projets adaptés aux conditions régionales


La typologie des projets sera construite à partir des conditions météorologiques et d’ensoleillement, des sites d’implantation disponibles, des différentes technologies disponibles ou à venir et adaptées à ces conditions et ces sites (cellules silicium, couches minces, technologies PV à concentration, systèmes fixes ou avec suivi du soleil, etc.) et de la diversité des maîtres d’ouvrage et des éventuels industriels présents dans la région.
La construction de cette typologie a pour but de clarifier le marché actuel et futur de l’énergie solaire photovoltaïque et thermique, et de déterminer les forces et faiblesses en présence dans la région.

3.2. Etude du potentiel de production photovoltaïque et thermique pour les installations sur bâtiments
Cette étude consistera à déterminer la surface de toitures exploitable pour le développement du solaire. On appellera potentiel technique le résultat du croisement entre les surfaces disponibles et les contraintes. On estimera ensuite le potentiel « réaliste » en fonction du taux de pénétration du photovoltaïque et du thermique, d’hypothèses d’équipements et de la dynamique de construction.
Cette analyse peut se réaliser sur la base de l’extrapolation de résultats obtenus par zones test, ou en utilisant les ratios indicatifs fournis ci-après. Il est indispensable de définir la dynamique de construction pour effectuer des projections sur le parc de bâtiments futurs.


  • Typologie des bâtiments


La typologie régionale des bâtiments sera établie à partir des catégories proposées par le thème bâtiment de la base de données de l’IGN et des caractéristiques des toitures (terrasse ou inclinée). Les caractéristiques des toitures peuvent être déterminées par l’analyse de zones test ou par l’évaluation à l’aide d’experts consultés au niveau régional.
Résultats à obtenir : surface totale de toitures, répartition par type de bâtiment, répartition des types de toiture (terrasse / inclinée) en m² et en % de la surface totale de toiture.
La tableau suivant donneune indication du format des résultats à obtenir.


Type de bâtiment

Toiture inclinée (en % ou m²)

Toiture terrasse (en % ou m²)

Maisons







Immeubles







Bâtiments industriels







Bâtiments commerciaux







Bâtiments sportifs







Serres







Bâtiments agricoles







Autres (à compléter)







Tableau : estimation de la répartition des toitures terrasse / inclinée
Toute étude devra inclure des tests de sensibilité pour évaluer l’impact de la variation des hypothèses faites sur les caractéristiques de toiture.


  • Analyse des contraintes réglementaires de protection du patrimoine bâti


Cette analyse visera à identifier les différentes zones protégées au titre patrimonial, et répartir les surfaces de toiture suivant quatre niveaux d'enjeu vis à vis de l'implantation de panneaux solaires :
1. un niveau d'enjeu rédhibitoire où l'implantation de panneaux solaires est interdite,

2. un niveau d'enjeu majeur où l'implantation de panneaux solaires est difficile,

3. un niveau d'enjeu fort où l'implantation de panneaux solaires est délicate,

4. les zones où il n'y a pas de contraintes patrimoniales.
La typologie proposée dans le tableau en annexe peut être réutilisée. (commentaire 3B : de quel tableau s’agit-il ?)
Résultats à obtenir : les zones à retenir seront parmi celles correspondant aux enjeux 2 à 4. Le résultat est exprimé en surface de toitures (m² et % de la surface totale).


  • Analyse des contraintes techniques


L’étude de l’orientation, des pentes et des effets d’ombre portée des bâtiments proches permet d’obtenir par type de bâtiment les surfaces disponibles pour les installations solaires (photovoltaïques et thermiques).
Cette analyse peut être menée sur la base de zones tests (interprétation visuelle sur orthophotographie). Si et seulement si une telle approche s’avère impossible, vous pourrez vous appuyez sur les ratios ci-après :


Type de bâtiment

Coefficient de masque

Coefficient d’orientation

Maisons

0,85

0,8

Immeubles

0,9

0,7

Bâtiments industriels

0,9

1

Bâtiments commerciaux

0,9

1

Bâtiments sportifs

0,8

1

Serres

1

1

Bâtiments agricoles

1

1

Tableau : Estimation des contraintes techniques
Toute étude devra inclure des tests de sensibilité pour évaluer l’impact de la variation des hypothèses faites sur les coefficients de masque et d’orientation.
Les coefficients dans le tableau représentent la part des m² de toiture conservés comme n’étant pas impactés par les masques ou une mauvaise orientation (par exemple, 90% des immeubles ne sont pas concernés par des masques provenant d’autres immeubles).


  • Synthèse et évaluation du potentiel


a) potentiel technique :
Les surfaces susceptibles d’accueillir les panneaux solaires sont issues du croisement entre les surfaces sans contraintes patrimoniales rédhibitoires (type 2 à 4) et les surfaces disponibles.
Résultat : surface de toiture sans contrainte (m² et % surface totale de toiture), et traduction cartographique.
b) approche du potentiel « réaliste » :
L’évaluation du potentiel « réaliste » sera ventilée selon la technologie (photovoltaïque ou thermique), sur bâtiments neufs et bâtiments existants. Il sera calculé en fonction de :

    • la surface de toitures existantes sans contrainte,

    • la puissance en mesure d’être installée sur ces surfaces,

    • le taux de pénétration selon la technologie,

    • le taux d’équipement sur bâtiment existant et neuf,

    • la dynamique de construction,

    • la dynamique de raccordement au réseau.


Un coefficient d’utilisation pourra, après concertation des partenaires régionaux, être affecté aux surfaces de type 2 à 4. Celui sera alors décroissant en fonction du niveau d’enjeu (par exemple 100% pour le type 4, 80% pour le type 3, 60% pour le type 2).
L’étude définira un ratio de répartition des surfaces entre photovoltaïques et thermiques en fonction du développement actuel de chacune des deux filières dans la région concernée, et fixé en cohérence avec les objectifs nationaux des PPI électricité et chaleur.
Toute étude devra inclure différents scénarios pour évaluer l’impact de la variation des hypothèses faites pour la détermination du potentiel « réaliste » et justifier le choix du scénario retenu.
3.3. Etude du potentiel de production photovoltaïque pour les installations au sol
Il s’agira de mener une analyse cartographique, qui ne préjugera pas d’études plus précises tenant lieu des spécificités locales qu’une analyse régionale n’est pas en mesure de proposer. Les résultats permettent uniquement de définir des objectifs régionaux et ne peuvent pas servir à une planification de l’implantation des projets.
La méthodologie à employer consiste dans un premier temps à établir une cartographie des contraintes (relief, occupation du sol) et des enjeux, afin d’obtenir les surfaces théoriquement exploitables.
Les hypothèses suivantes peuvent être employées :


    • Concernant le relief, les zones retenues sont :

    • les zones sur lesquelles la pente moyenne est inférieure à 3° ;

    • les zones où la pente moyenne est supérieure à 3° mais la pente maximale est de 6° ;

    • les zones où la pente est inférieure à 15° et l’orientation plein sud (+/- 10°) ;

    • Pour l’occupation du sol, proposer un classement en 4 catégories : oui-favorable, oui-possible, oui-enjeu fort, non (cf. annexe 1),

    • Pour les enjeux à respecter, établir une hiérarchisation des enjeux environnementaux vis à vis du photovoltaïque (cf. annexe 2).


En utilisant l’hypothèse de 30% de couverture photovoltaïque par rapport à la surface identifiée et une puissance de 100 Wc/m², il est alors possible de calculer les puissances théoriques.
Dans un deuxième temps, l’analyse tiendra compte de trois limites :

    • le pourcentage de surface acceptable pour l’installation de centrales PV suivant l’occupation du sol à l’échelle de la région,

    • la taille d’un seul et même projet sur une surface possible,

    • l’impact cumulé des projets.


La méthode à employer consiste à :

    • définir un coefficient modérateur suivant le type d’occupation du sol (ex. 0,8 pour les décharges, 0,05 pour les prairies, 0,2 pour les pâturages, 1 pour les zones incendiées, etc.)

    • appliquer un écrêtage selon la sensibilité de la zone (ex. 50 à 75% pour les zones à enjeu modéré ou faible, 25 à 50% sur les zones à enjeu fort)

    • appliquer un périmètre de cumul des projets (ex. 300m par MWc autour de chaque zone)


Les résultats seront présentés sous forme de cartographie identifiant les zones favorables et distinguant éventuellement au sein de celle-ci les zones à enjeu fort. Les puissances totales peuvent être calculées à l’échelle du département et / ou présentées par commune.
4. Annexes
1. Occupation du sol : exemple de classement des zones vis à vis du photovoltaïque

2. Proposition de hiérarchisation des enjeux environnementaux















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