Ombrières Photovoltaïques : fonctionnement, installation et rentabilité

Le solaire est un élément clef pour l’avenir énergétique de la France. Les crises géopolitiques, sanitaires et catastrophes climatiques récentes ont accéléré une inflation des prix de l’énergie qui se répercutent de la vie quotidienne de la population française. 

Selon le Ministère de la Transition Écologique, les prix du gaz ont augmenté de 45 %, et les prix du fioul domestique de 84 % entre janvier 2021 et janvier 2022. Afin de parer à notre dépendance des énergies fossiles, augmenter la part d’énergies renouvelables dans le mix énergétique français apparaît comme un impondérable. 

Les énergies renouvelables comme l’éolien, le solaire ou l’hydraulique grandissent en importance sur le territoire français. La Programmation Pluriannuelle de l’Énergie (PPE) mise en place en France depuis l’année 2016, au travers de la Loi sur la Transition Énergétique, a pour but le développement des projets photovoltaïques. 

En 2023, le parc photovoltaïque français représente une puissance installée de 17 GW (GigaWatt). Les ombrières solaires sont des dispositifs de production électrique d’un nouveau genre, construits pour s’adapter aux infrastructures publiques et étendre. 

Au-dessus d’un parking, d’une place ou d’une autoroute, les ombrières équipées de panneaux photovoltaïques s’intègrent au paysage urbain. La production d’énergie solaire est silencieuse et discrète, et permet la valorisation des espaces “perdus” comme les terrains pollués en bordure d'usine ou les parkings de centre commercial.

Le photovoltaïque est une belle opportunité, autant sur le plan financier, que pour le bien-être des générations futures. Voici un aperçu des possibilités offertes par les ombrières photovoltaïques, leur fonctionnement et les opportunités d’investissement.

Qu'est-ce qu'une ombrière photovoltaïque ?

À la fois protection contre les intempéries et source de production d’électricité verte, une ombrière est une structure surélevée intégrant des panneaux solaires photovoltaïques.

Définition et principes de fonctionnement

Une ombrière photovoltaïque est un module photovoltaïque, généralement disposé au-dessus de cultures ou de parkings, qui produit de l'électricité solaire et prodigue de l’ombre. C'est une forme de toiture créée spécifiquement pour la production photovoltaïque et qui permet également d'apporter de l'ombrage à des véhicules, des animaux ou des cultures.

L’arrêté du 6 octobre 2021 définit les ombrières photovoltaïques de la manière suivante : “Une installation photovoltaïque est implantée sur ombrière lorsque le système photovoltaïque est installé sur une structure recouvrant tout ou partie d'une aire de stationnement, un canal artificialisé, un bassin d'eau artificiel ou toute autre surface destinée à servir d'abri pour le stockage de matériels, de matériaux, de matières premières, de déchets, de produits finis ou de véhicules”. (Source : legifrance.gouv) 

Les ombrières sont surélevées par des poteaux espacés, permettant ainsi la circulation de véhicules ou d’hommes sous les panneaux solaires. On parle de centrale photovoltaïque au sol pour désigner les exploitations de grande taille de manière générale, et d’ombrière photovoltaïque lorsque la fonctionnalité d’ombrage est exploitée. 

L’électricité produite peut être utilisée en autoconsommation ou injectée sur le réseau national en vente totale. En effet, le gouvernement contraint EDF à racheter l’électricité issue du photovoltaïque à un tarif préférentiel, pour garantir la sécurité financière des projets et encourager la transition.

L’installation d’ombrières photovoltaïques sur ces surfaces disponibles fournit des services supplémentaires comme l’augmentation de l’albédo en ville ou la décarbonation de nos quotidiens. Les panneaux, installés sur une aire de repos ou un abri de bus, améliorent la qualité de vie des habitants et usagers des espaces urbains, périurbains ou ruraux. 

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Avantages environnementaux et économiques

Il y a quelques années, les panneaux solaires n’étaient installés que de manière isolée ou en autoconsommation sur une toiture. Aujourd’hui, la transition énergétique occupe une place centrale dans les préoccupations citoyennes et le photovoltaïque joue en ce sens un rôle important pour ajouter des énergies vertes au mix énergétique français. 

En ville, une quantité illimitée de terrains bétonnés, pollués ou artificialisés peuvent servir de support à des installations photovoltaïques plus vastes. Il existe une vraie opportunité d’insertion du solaire dans les espaces urbains et périurbains exposés au soleil. 

Le photovoltaïque est une énergie facile à produire et qui cause moins de dérangements visuels ou sonores que ses cousins l’éolien et l’hydraulique. Intégrées à une structure d’ombrière, les cellules photovoltaïques durent une trentaine d’années, sont recyclables, et leur versatilité leur permet d’être installées partout.

Les ombrières photovoltaïques offrent de nombreux avantages : 

• Concrétiser un engagement pour l’avenir, à la fois écologique et citoyen, par la production d’énergies renouvelables ;
• Une structure décarbonée de production d’énergie verte, c’est-à-dire locale, non émettrice de carbone et non polluante pour la terre, l’eau ou l’environnement ; 
• Une triple opportunité économique : elle permet de dégager un revenu de la vente de l’électricité, de valoriser un terrain “perdu” et d’assurer un loyer pour le propriétaire ; 
• Des services supplémentaires sont rendus, comme fournir de l’ombre contre les grandes chaleurs ou un toit de protection des intempéries. 

En produisant de l’énergie verte, les porteurs de projet réduisent leur consommation d’énergie tout comme leurs émissions de carbone, et participent à construire un meilleur avenir pour les générations futures. ‍

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Applications des ombrières photovoltaïques

Les ombrières photovoltaïques ont de nombreuses applications : en marge des centres commerciaux, à proximité des usines et zones industrielles, autour des supermarchés, etc. Les anciennes gares, les infrastructures routières, les zones de stockage peuvent également accueillir des ombrières. 

Les propriétaires de terrains non rentables peuvent les transformer en places de stationnement avec un auvent solaire, gagnant ainsi trois avantages : la production énergétique, la protection contre les intempéries et la participation à la transition énergétique. 

Ombrières de parking : intégration dans l'aménagement urbain

En France, les véhicules particuliers contribuent à 22 % des émissions de CO2 et 26 % des émissions d'oxyde d'azote (NOx). (Source : Impacts de la circulation des véhicules particuliers, notre-environnement, 2019)

La loi ApER (Loi relative à l'Accélération de la production d'Énergies Renouvelables) de juillet 2023 rend obligatoire l’installation d’ombrières solaires sur au moins 50 % de la surface des places de parking, pour toute société, institution ou entreprise qui aurait plus de ​​1 500 m² de surface de stationnement. 

Installer des ombrières photovoltaïques sur le carport (ou auvent) d’une place de parking permet d'utiliser l'espace que la voiture réquisitionne pour son stationnement. 

Toutes les aires de stationnement sont concernées par cette obligation, qu’il s'agisse de parkings de sites de l’industrie, du tertiaire ou des résidences. Des contraintes spécifiques de sécurité, de protection du patrimoine ou de l’environnement, économiques ou techniques pourront donner lieu à des dérogations.

Une étude de l'ADEME (Agence de la transition écologique) a démontré que les parkings du territoire constituent une surface suffisante pour installer un parc photovoltaïque potentiel de 4 GWC de puissance. 

Par ailleurs, les ombrières photovoltaïques sur parking permettent de nourrir une borne d'alimentation électrique et ainsi d’étendre la capacité de recharge du parc de voitures électriques français. 

La loi LOM (Loi d'Orientation des Mobilités) de 2019 impose aux entreprises dont le parking non résidentiel a plus de 20 places, de l’équiper de bornes de recharge des véhicules électriques : 5 % des places de parking d’entreprise devront avoir des bornes de recharge d'ici à 2025. 

La publication de cette loi peut être l’occasion d’installer des bornes de recharge pour véhicule électrique sous le carport solaire.

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Ombrières sur infrastructures : autoroutes, gares, etc.

Les ombrières s’insèrent dans les aménagements urbains et à proximité des carrefours de mobilités alternatives : gare de transports en commun, parking pour vélo ou zone piétonne. Ainsi, différentes infrastructures peuvent recevoir des ombrières solaires : 

• À proximité des gares, arrêts de bus, de trams ou hub de mobilité. Ces zones reçoivent des flux d’objets et de personnes et disposent donc d’importantes surfaces bétonnées ; 
• Au-dessus des routes et des autoroutes pour les véhicules. Un projet d’ombrière solaire est en cours sur la rocade de Bordeaux. (Source : Sudouest.fr, Où en est le projet d’ombrière solaire sur la rocade de Bordeaux ?, septembre 2023)

• En ombrière pour piste cyclable ou en parking pour vélo sécurisé, écologique et agréable, améliorant considérablement la qualité de vie en ville. 

L’ombrière peut ici être déclinée en de nombreuses utilisations : dans les réserves et les espaces de stockage, terrains de sport ou abri pour covoiturage, etc. Ceci apparaît comme une double opportunité, à la fois de valorisation de l’espace, et de production d’électricité. 

Les entreprises – tous secteurs confondus – doivent se mettre en conformité avec les nouveaux standards énergétiques de consommation et d’émissions de carbone. Dans le cadre d’une stratégie RSE (Responsabilité Sociétale des Entreprises), l’installation d’ombrières et de bornes de recharge est un signal fort de votre engagement pour la planète.

Ombrières dans les espaces publics : parcs, places, etc.

La bétonisation et l’artificialisation des sols français progressent chaque année. Le rapport de l’Ademe “Plante ton slip pour découvrir la vie cachée des sols” rapporte l’importance de préserver la vie du sol, essentielle à la bonne pousse de la végétation.

La loi contre l’artificialisation des sols “Zéro Artificialisation Nette” (Z.A.N.) du 22 août 2021 prévoit de réduire de moitié la consommation d’Espaces Naturels, Agricoles et Forestiers (ENAF) dans les dix prochaines années (2021-2031). 

Le but du photovoltaïque — et notamment de l’agrivoltaïsme – est de ne pas détruire des espaces naturels “vivants” pour en faire des centrales photovoltaïques artificielles, mais d’utiliser les terrains déjà artificialisés par des activités humaines. 

C’est une occasion de valoriser des terrains difficiles à valoriser, comme les anciennes mines, carrières, usines ou gares. 

Conception et installation des ombrières photovoltaïques

La conception d’un projet d’ombrières photovoltaïques se fait en fonction de différents facteurs comme l’orientation ou l’ensoleillement. 

Étapes de conception et d'ingénierie

Une cellule photovoltaïque est majoritairement composée d’un matériau appelé le silicium (dérivé de la silice fabriquée à partir de sable). Son recyclage est facile grâce à une filière REP de recyclage des panneaux solaires qui s’assure de leur bon réemploi du matériau. 

Leur fonctionnement imite la photosynthèse : la lumière du soleil atteint la surface absorbante du panneau, les photons rebondissent sur les cellules en silicium et leur activité crée un courant électrique continu. 

Les champs d’ombrières plus vastes disposent d’un local technique, où se trouvent un onduleur et un transformateur. Le courant continu produit par le panneau photovoltaïque est transformé par un onduleur en courant alternatif.

Avant de pouvoir être injecté à bonne tension dans le réseau national, le courant passe aussi par le transformateur. Un compteur et un tableau de bord permettent la surveillance de la production électrique. 

Selon la puissance installée en kWc, la disposition et l’emplacement des panneaux, le coût d’investissement et la rentabilité pourront varier. L’ensoleillement des ombrières est un facteur technique déterminant, qui implique :

• Une orientation idéale au Sud, pour capter le soleil du lever au coucher ;
• Un angle idéal compris entre 20 et 60 degrés pour produire en toute saison ;
• Une hauteur réglable de l’ombrière en fonction de ce qu'accueille la structure. 

Les différents facteurs d’ensoleillement sont aussi déterminés par la position géographique, notamment la latitude et la région où est installée la centrale solaire. 

Enfin, la maintenance et l’entretien des ombrières solaires sont relativement légers : remplacement de l’onduleur au bout de plusieurs années et nettoyage annuel des panneaux. 

Techniques d'installation et considérations pratiques

Pour mener à bien un projet d’ombrières solaires, les entreprises ou propriétaires particuliers établissent un contrat avec un professionnel de ces installations appelé développeur solaire. Ce dernier se charge de renseigner le client sur la réglementation et les obligations techniques.

Vous souhaitez vous rapprocher d’un développeur solaire ? Ferme Solaire vous met en contact avec trois professionnels qui vous fourniront trois devis. 

De manière générale, si l’on envisage la vente totale de l’électricité produite par les ombrières, il est essentiel de choisir un terrain proche d’un point de raccordement. En effet, la distance de raccordement détermine le montant du projet.

Une étude de faisabilité est réalisée en amont du projet, afin de s’assurer que l’exposition et les caractéristiques du terrain permettent un projet rentable. Les plans de la future structure photovoltaïque devront être en conformité avec la réglementation locale et le droit de l’urbanisme.

Enfin, les installations au sol, serres et ombrières d’une puissance égale ou supérieure à 250 kWC devront également faire l’objet d’une étude d’impact environnemental. 

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Impact environnemental et économique des ombrières photovoltaïques

Le rapport de l’ADEME sur la pollution de l’air dans les villes françaises a mis en lumière les méfaits des émissions de carbone sur la santé des populations. De mauvais aménagements créent un environnement dangereux, pollué et qui se dégrade rapidement.

Réduction des émissions de CO2 et de la dépendance aux énergies fossiles

Un aménagement urbain centré autour des véhicules accroît la vulnérabilité française aux crises internationales, géopolitiques et climatiques. Le solaire participe à le décentrer des énergies fossiles et apporte au paysage énergétique français une plus grande autonomie. 

La production d’énergies durables a un intérêt collectif de long terme. Parce qu’il assure sa part dans le bien-être et l’accès à l’énergie de nos enfants, il représente par ailleurs un acte citoyen.

Enfin, les ombrières jouent un rôle dans la perception de l’environnement de vie ou de travail comme agréable. Sur les places publiques et les parcs, une ombrière projette une ombre propice à se reposer, à laisser pousser des plantes ou à fournir de l’eau pour les oiseaux. 

Rentabilité financière et retour sur investissement

On parle de rentabilité financière d’une centrale photovoltaïque pour désigner le temps d’amortissement de l’investissement initial comparé aux annuités à la rente fournie par la vente des kWh d'électricité. 

Le coût d’investissement de départ d’une ombrière de parking dépend de sa puissance installée. Selon photovoltaïque.info, les prix des ombrières solaires sont les suivants : 

• Pour les installations de moins de 100 kWc, entre 1,2 € et 1,4 € HT/Wc ;
• Pour les installations de 100 à 500 kWc entre 1,3 € et 1,5 € HT/Wc ;
• Pour les installations de plus de 500 kWc, entre 1,05 € et 0,95 € HT/Wc. 

Bien sûr, selon la technologie et les matériaux utilisés, ainsi que les caractéristiques du terrain, le prix de revient pourra varier. On estime qu’il faut compter 100 000 € HT pour installer 100 kWc d’ombrières solaires, ce qui représente une surface d’environ 500 m², soit à peu près 40 places de parking. 

Les ombrières solaires ont une durée de vie comprise entre 25 et 30 ans. Ce fonctionnement sur un quart de siècle permet à ces installations d’être financièrement intéressantes. 

La rentabilité est assurée par les revenus de la vente de l’électricité. On estime la rentabilité des panneaux solaires à 10 ans, soit un peu plus du tiers de leur durée de vie. 

Des estimations précises sont fournies dans l’étude de faisabilité et permettent d’anticiper la rentabilité du projet.

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Perspectives futures des ombrières photovoltaïques

Les ombrières solaires s’intègrent dans des aménagements qui rendent le quotidien plus agréable et les villes plus résistantes au changement climatique. 

Innovations technologiques et développement de nouveaux modèles

Grâce à l’avancée technologique des dernières années, la durabilité du solaire a été améliorée tout comme sa rentabilité. Conscientes de l’enjeu, les universités forment des partenariats de recherche pour améliorer la qualité des panneaux solaires. Plusieurs champs d’investigations sont balayés par cette recherche, et l’on peut voir émerger des solutions innovantes : 

• Des trackers solaires qui changent d’orientation en fonction du soleil ; 
• Des ombrières sur serre agricole pour fournir une part d’ombre aux plantes ; 
• De nouveaux matériaux comme le silicium monocristallin ou polycristallin ;

Sur des terrains agricoles ou au-dessus des cultures, les ombrières solaires ont un bel avenir sous forme d’agrivoltaïsme. Un rapport de l’ADEME sur l’utilisation du photovoltaïque avec les activités agricoles démontre l’atout de tels partenariats pour les parties prenantes. 

Ailleurs dans le monde, la recherche sur le photovoltaïque a permis de développer des technologies qui encouragent le développement local et assurent l’autonomie énergétique des territoires, comme les ombrières redistributives au Bangladesh, conçues par SolShare.

Intégration dans les politiques urbaines et énergétiques

Un des buts premiers des lois et des décrets récents sur les énergies est l'intégration au territoire urbain et périurbain du photovoltaïque. Tout propriétaire de terrain peut installer des ombrières photovoltaïques :

• La fonction publique, les institutions, les écoles, les organisations ;
• Les collectivités, les mairies ou communautés de communes ;
• Les entreprises du tertiaire dont les locaux sont dans des zones d’activités ;
• Les entreprises de l’industrie et exploitations agricoles ;

Le processus de montage du projet d’ombrières solaires donne lieu à l’établissement d’un contrat avec le développeur photovoltaïque qui se chargera de la gestion du projet. En amont des travaux de construction, il est essentiel d’établir un contrat qui garantit le respect des droits des parties prenantes et sécurise la rentabilité du projet. 

Pour faciliter l’implantation de centrales photovoltaïques, des aides et des subventions financières (tarif préférentiel, crédits d’impôts et avantages fiscaux, prime à l’autoconsommation) s’adressent à tous les producteurs.

Enfin, le gouvernement travaille pour que les citoyens soient informés aux tenants et aux aboutissants de la transition énergétique, notamment via l’ADEME qui publie gratuitement des guides d’information et de sensibilisation.

Conclusion et perspectives 

En France, de nombreux projets ont fleuri au cours des dernières années pour installer des ombrières photovoltaïques dans des endroits stratégiques. La région Nouvelle-Aquitaine est en ce sens à la pointe du solaire, avec son projet de parking solaire géant à Bordeaux Lac.

La Centrale photovoltaïque de Bordeaux Lac est une installation gigantesque d’ombrières solaires en marge d’une zone d'activités avec 60 000 panneaux photovoltaïques et 7 000 places de stationnement. 

Ce parking solaire produit plus de 13 000 MWh/an, soit la consommation annuelle de 5 000 foyers par an et plus de 1 700 tonnes de CO2 évitées chaque année. (Source : Sudouest.fr).

FAQ

Quels sont les différents types d'ombrières ?

Le terme ombrière solaire désigne tout type de structure protectrice où est installé un module de production d’électricité photovoltaïque. Il existe différents types d’ombrières solaires, qui se distinguent par leur taille, leur technologie ou leur placement : 

• Taille : Une ombrière photovoltaïque de petite taille sera utilisée pour protéger un carport de véhicule en autoconsommation, tandis qu’une ombrière de grande taille peut couvrir un parking d’entreprise ; 
• Technologie : les ombrières solaires avec des technologies simples ont un bon rapport qualité/prix, tandis que les technologies plus avancées sont intelligentes, mais plus onéreuses ;
• Placement : il existe différentes manières de placer les ombrières photovoltaïques, que ce soit sur un toit ou sur une structure surélevée. 

Les panneaux photovoltaïques peuvent s’intégrer à la plupart des environnements urbains, périurbains et ruraux. Sous forme d’ombrières, ils assurent de l’ombre et de la protection, tout en permettant le passage ou l’entreposage en dessous. 

Quelle est la rentabilité d'une ombrière photovoltaïque ?

Une ombrière photovoltaïque se rembourse en un tiers de sa durée de vie. En d’autres termes, sur une durée de vie d’une trentaine d’années, un projet d’ombrières solaires se rentabilise en 10 ans avec la vente ou les économies d’électricité. 

Les ombrières photovoltaïques sont des projets intéressants pour les entreprises souhaitant se mettre en conformité avec la loi ApER de juillet 2023.

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