Genèse du projet
Le collège Camille Pissarro à Saint-Maur-des-Fossés a été inauguré en janvier 2018. Depuis, le Département du Val-de-Marne a voté son schéma directeur de la transition énergétique (SDTE 2022-2027) qui a notamment comme objectifs de diviser par 7 les émissions de gaz à effet de serre du patrimoine bâti départemental par rapport à 2012, de diviser par 2 les consommations d’énergie finale et de réduire la facture énergétique du Département, dont 8 des 13 missions d’euros en 2019 provenaient des collèges, soit 60%.
C’est ainsi tout naturellement qu’en plus de privilégier une sobriété énergétique forte sur les bâtiments départementaux comme avec les collèges passifs Gisèle Halimi d’Ivry-sur-Seine et Louis Issaurat de Créteil, le CD94 a choisi de miser sur le déploiement du photovoltaïque sur ses bâtiments avec comme ambition d’équiper une soixantaine de bâtiments d’ici fin 2027.
Avec une toiture de 1500 m² sans aucun ombrage, le collège Camille Pissarro était un candidat idéal à l’installation de panneaux photovoltaïques, le CD94 a donc missionné Amoès en mai 2022 en tant que maître d’œuvre mandataire et OPC en lot unique d’installation photovoltaïque en site occupé pour mener à bien ce projet de 500 k€ de travaux.
Crédit image : Agence Chabanne
Déterminer le type d’installation choisi : étude de faisabilité
La première étape de ce projet a été la réalisation d’une étude de faisabilité pour déterminer, en partant des données d’entrées fournies par la maîtrise d’ouvrage, le meilleur scénario d’installation des panneaux, tout en sachant que le site présente, d’après Global Solar Atlas, un gisement moyen de 912 kWh/kWc/an.
Nous avons étudié 3 scénarii conformément au cahier des charges :
Avec le logiciel PVSYST, nous avons étudié le profil de consommation du projet en partant des courbes de charge journalière, hebdomadaire et mensuelle du collège, qui peut être représenté graphiquement ci-dessous (scénario meilleure compacité) :
En orange, on observe la courbe de consommation ; en bleu, le profil de production photovoltaïque du projet ; en rouge, on observe la quantité d’électricité qui sera soutirée du réseau tandis qu’en vert on observe la quantité d’énergie qui pourra être injectée dans le réseau. Quand on cherche à optimiser l’autoconsommation du bâtiment, l’objectif est de réduire au maximum les barres vertes puisqu’on cherche à rapprocher le plus possible le potentiel de production de l’installation d’avec le profil de consommation du bâtiment. Sur ce graphe, sur les mois d’hiver (novembre / décembre / janvier / février) le taux d’autoconsommation est de 100% puisqu’aucune injection dans le réseau n’est prévue. En revanche sur les mois d’été (juin / juillet / août), le taux d’autoconsommation est beaucoup plus faible puisqu’une grande partie de la production photovoltaïque est réinjectée sur le réseau. Cela provient du fait que pour un bâtiment de type collège, le moment où l’installation produit le plus (en été, lorsque le bâtiment est inoccupé) ne correspond pas au moment où la consommation électrique est la plus importante (en hiver).
Au global, le potentiel de production photovoltaïque du projet est de 258 MWh, et la consommation annuelle du collège est de 275 MWh. Au maximum, une autoconsommation de 69% est envisagée avec 100% d’autoconsommation entre novembre et février.
Le cahier des charges du Département demandait également d’étudier de l’autoconsommation collective, ce qui signifie que les courbes de charge de plusieurs bâtiments sont prises en compte dans la faisabilité technico-économique du projet. En clair, le périmètre du projet peut s’étendre sur un rayon de 1km, ou la distance entre deux points de production et/ou de consommation peut être de 2km. La puissance maximale de l’ensemble des installations de production doit rester inférieure à 3 MWc.
Cinq bâtiments respectant les critères ci-dessus ont été sélectionnés par le CD94 et leurs courbes de charge intégrées à l’étude. Le profil suivant en est ressorti (scénario meilleure compacité avec autoconsommation collective) :
On observe sur ce graphique qu’élargir le périmètre de l’étude aux cinq autres bâtiments permet d’optimiser le taux d’autoconsommation, puisqu’il grimpe, pour un même productible de 258 MWh par an (mais pour une consommation annuelle globale de 704 MWh), à 92% avec 100% d’autoconsommation entre septembre et mars. En été, étant donné que la majorité des bâtiments n’est pas occupée, on obtient tout de même un surplus de production qu’il faut prévoir de réinjecter au réseau.
Évidemment, une étude économique est menée en parallèle de cette étude de faisabilité, et on obtient pour le scénario de meilleure compacité avec autoconsommation collective et revente du surplus un temps de retour sur investissement de 11 ans. Pour réaliser ce volet économique de l’étude de faisabilité, nous sommes partis des hypothèses imposées par le Département : durée de vie de 25 ans, hausse des tarifs de revente de 1% par an et des tarifs d’achat de 3%, inflation de 1% par an, baisse de la production de 1% par an, …Au global, on estime un bénéfice de plus de 1.3 M€ à la fin de la durée de vie de l’installation pour le CD94. Le LCOE (Levelized Cost Of Energy, soit le total des coûts sur la durée de vie du projet divisé par le total de production sur la durée de vie) s’établit à 10.7 centimes d’euros par kWh produit.
Déterminer le matériel installé
Plusieurs facteurs rentrent en compte dans le choix du matériel installé : évidemment, la puissance des panneaux est celui auquel on pense directement. D’ailleurs, l’ensemble des études ont été faites avec des panneaux de puissance unitaire de 390 Wc. Concomitamment, deux autres éléments essentiels sont à considérer : tout d’abord, on recherche un « couple » panneau + support sous avis technique pour faciliter les travaux ; on cherche également à réduire l’impact carbone de l’installation en choisissant un modèle de panneau avec une empreinte carbone la plus faible possible. D’ailleurs, le cahier des charges du Département demandait à ce que les panneaux sélectionnés n’excèdent pas 550 kgCO2/kWc.
Pour toutes ces raisons, le modèle de panneau choisi a été le module Voltec TARKA 126 VSMD, qui a une puissance unitaire de 395 Wc, avec une pose lestée.
En effet, en plus d’être fabriqué en France, ce panneau présente un impact carbone plus faible que la moyenne même s’il est au-dessus des exigences du Département avec un impact carbone dynamique d’environ 1041 kgCO2éq/kWc. En réalité, les FDES présentes sur INIES utilisent comme unité fonctionnelle UF soit 1 m² de panneau, soit 1 panneau. Seules les DED utilisent comme UF le kWc. En faisant une rapide comparaison des FDES disponibles pour des panneaux en prenant comme base une UF de 1 panneau (soit en moyenne 300 à 400 Wc) et en ayant mis à plat les impacts carbone des panneaux en fonction de leur durée de vie (qui varie de 25 à 30 ans), on arrive au résultat suivant, ce qui nous permet de comprendre en un coup d’œil qu’aucun panneau n’a un impact carbone inférieur à 550 kgCO2éq par kWc.
La pose des panneaux a été choisie lestée avec un système d’intégration K2 D-Dome 6.10 puisque ce couple panneau + support était sous avis technique et il était particulièrement adapté à la toiture existante qui est végétalisée (avec un substrat de type nordique). On obtient la coupe suivante, qui représente le système de pose :
Réaliser l’installation
C’est à FBI Electricité, exploitant du collège Camille Pissarro, qu’a été confiée la réalisation du chantier qui a duré presque 9 mois, avec le soutien de son sous-traitant Solstyce. Pour la phase de réalisation, Amoès (et particulièrement Théofane) a endossé la casquette d’OPC en plus de celle de maître d’œuvre mandataire. La principale contrainte du chantier était l’occupation du site et l’obligation de livrer et manutentionner les panneaux en-dehors des périodes scolaires, c’est pour cela que les 680 modules, les deux onduleurs de 110 et 121 kVA, le coffret électrique et l’ensemble des éléments nécessaires à l’installation ont été livrés en juillet.
La toute première étape du chantier a été le déplacement des deux ruches qui étaient déjà présentes sur la toiture sur une toiture inexploitée du bâtiment pour ne pas déranger les abeilles. Puis la pose des supports, celle des panneaux et enfin le câblage de l’ensemble des ouvrages a été réalisé pendant les vacances d’été.
A la rentrée de septembre, pendant que les élèves retrouvaient leur collège plus vertueux, nous avons mené la phase de levée des réserves en utilisant notre logiciel de suivi de chantier et d’OPR Fieldwire :
Exploiter l’installation
Afin que ce projet soit à la hauteur de l’ambition du Département, Amoès veille toujours à ce que les exploitants soient correctement formés sur les installations. Dans le cas du collège Camille Pissarro, l’entreprise FBI Electricité, en charge de l’exploitation du site, était déjà formé à l’exploitation de toiture photovoltaïque sur d’autres sites. C’est donc avec toute confiance dans la parfaite exploitation de cette centrale photovoltaïque qui peut produire près de 258 MWh d’électricité qui seront en grande majorité autoconsommés par le collège et cinq autres sites départementaux que nous laissons la main, fiers d’avoir participé à notre échelle à la transition énergétique du Val-de-Marne !
Crédit image de couverture : Agence Chabanne