Le guide complet des fermes solaires

publié le 25/11/2021 | mis à jour le 17/01/2024 | par Laurie Fouché

Qu’est-ce qu’une ferme solaire ?

Le terme de ferme solaire désigne plus précisément une ferme photovoltaïque, c’est-à-dire une étendue de panneaux photovoltaïques qui produisent de l’électricité à partir de l’énergie solaire. Ces panneaux, ou modules solaires, sont chacun composé de plusieurs cellules photovoltaïques et peuvent être soit fixés à un support dont l’inclinaison et l’orientation sont constantes soit installés sur un « tracker » solaire dont le but est de suivre la course du soleil pour maximiser la production.

Pour être qualifiés de fermes solaires, ces champs de panneaux solaires doivent produire une très grande quantité d’électricité (plusieurs centaines de kilowatt-crête) et couvrir plusieurs hectares (pour rappel, 1 hectare = 10 000 mètres carrés). Le fonctionnement d’une ferme solaire est simple :

• un grand nombre de panneaux solaires posés au sol (dans la majorité des cas) sont installés, de plusieurs centaines à plusieurs milliers ;
• ceux-ci utilisent l’énergie du soleil pour produire de l’électricité verte ;
• le courant continu est converti en courant alternatif par des onduleurs ;
• des transformateurs sont utilisés pour atteindre la puissance nécessaire pour injecter l’électricité produite sur le réseau national ;
• l’injection se fait sur le réseau de distribution de l’électricité géré par Enedis (anciennement ERDF). Sur une petite partie du territoire (environ 5 %), c’est une Entreprise locale de distribution qui est chargée des missions du distributeur.

Le fonctionnement d’un parc photovoltaïque est donc très proche de celui d’une installation de panneaux solaires chez un particulier, la différence majeure étant l’échelle. Ces projets d’envergure nécessitent beaucoup d’espace et un investissement de taille. Par conséquent, ce sont souvent des entreprises qui réalisent ce type d’investissement.

Comment créer une ferme solaire ?

Naturellement, il existe des restrictions qui s’appliquent à la création d’un champ photovoltaïque, et cette activité est très encadrée. Elle reste toutefois en plein essor, car la rentabilité de l’énergie solaire est généralement bonne et il est tout à fait possible de participer ainsi à l’essor du photovoltaïque en France. Voici comment construire une ferme solaire.

Appels à projets photovoltaïques

Pour tous les projets de centrale solaire d’une puissance crête supérieure à 100 kWc (kilowatt-crête) sont soumis à des appels d’offres pour pouvoir revendre l’électricité produite à EDF Obligation d’Achat (OA). Le principe est simple :

1. un cahier des charges standard est créé par les pouvoirs publics pour chaque catégorie de centrale (puissance installée, type de pose, etc.). Il détaille les règles qui doivent être respectées par les projets des candidats, notamment concernant les aspects environnementaux et industriels ;
2. dans le cadre des appels d’offres, les candidats présentent leurs projets et proposent un prix d’achat pour l’électricité qui serait produite. Toute personne physique ou morale désirant exploiter une ferme solaire peut soumettre un projet ;
3. la Commission de régulation de l’énergie (CRE) étudie les projets et propose des lauréats ;
4. la Direction générale de l’énergie et du climat (DGEC) désigne les lauréats ayant remporté l’appel d’offres.

Pour connaître le détail de la réglementation pour les champs photovoltaïques, il est conseillé de consulter le site internet du CRPV (Centre de ressources national sur le photovoltaïque) ou le site internet de la CRE. En effet, les critères à respecter pour qu’un projet soit pris en compte sont très nombreux et concernent par exemple :

• la nature, la taille et l’emplacement du terrain choisi pour l’implantation du champ solaire ;
• la puissance installée ;
• la rentabilité de la ferme photovoltaïque qui dépend directement de la rentabilité des panneaux photovoltaïques envisagés pour la ferme ;
• la période d’exploitation prévue pour la ferme solaire. Elle se calcule en fonction de la durée de vie des panneaux solaires, des onduleurs et transformateurs nécessaires au bon fonctionnement de la centrale ;
• l’impact environnemental du projet dans son ensemble ;
• l’empreinte carbone de la ferme solaire ;
• les modes de gouvernance et de financement du projet.

Quel terrain pour ferme solaire ?

Comme mentionné en début d’article, la solution la plus courante pour créer une ferme solaire consiste à installer une centrale photovoltaïque au sol. Cependant, tous les terrains ne sont pas compatibles avec la pose d’un grand nombre de modules photovoltaïque. Il est ainsi impossible de construire une ferme solaire :

• sur des terres agricoles utilisées pour la production de nourriture ;
• dans un parc naturel régional.

Il faut toutefois noter que certaines activités agricoles sont parfaitement compatibles avec l’exploitation d’une ferme solaire. C’est par exemple le cas de l’apiculture et de l’élevage d’ovins, et cette deuxième option a d’ailleurs l’avantage de garantir l’entretien du terrain à moindres frais et de manière très écologique.

Certaines cultures sont également compatibles avec la pose de panneaux solaires (arbre fruitier, vigne, blé, salade, concombre, haricot, et légumes ne nécessitant pas d’ensoleillement direct comme les choux, radis, blettes, navets, etc.). Les panneaux solaires apportent plusieurs avantages aux cultures, comme la réduction de la transpiration des plantes, la protection contre de trop fortes chaleurs estivales et dans certains cas contre les gelées printanières et la grêle. Lorsqu’une activité agricole et une centrale photovoltaïque exploitent le même terrain, on parle de projet agrivoltaïque.

Pour être considéré pour l’installation d’une ferme photovoltaïque au sol, un terrain doit :

• être plat et dégagé ;
• avoir la possibilité d’être clôturé ;
• être bien exposé pour assurer un rendement optimal. En effet, l’orientation et inclinaison des panneaux solaires jouent un rôle important dans la quantité d’électricité produite par ces modules ;
• mesurer de préférence plusieurs hectares ;
• être facile d’accès ;
• se situer à proximité du réseau de distribution d’électricité.

Les lauréats sélectionnés dans le cadre des appels d’offres se proposent généralement d’exploiter des sites inutilisables pour d’autres usages : lieux arides, terres polluées, friches industrielles, anciens terrains militaires, abords d’infrastructures de transport (aéroports, autoroutes, etc.), anciens sites d’enfouissement des déchets non dangereux, anciennes zones agricoles ayant perdu leur compétitivité, etc.

Du côté réglementaire, il convient de s’assurer que :

• le document d’urbanisme ne s’oppose pas à la création d’une centrale électrique solaire ;
• le terrain ne se trouve pas à proximité d’un monument historique ;
• le terrain n’est soumis à aucune servitude ;
• les autorités locales ne sont pas opposées au projet.

La pose au sol n’est pas la seule option pour faire installer un grand nombre de panneaux solaires. Il est aujourd’hui possible de créer :

• une centrale solaire en ombrière sur de grandes aires de stationnement. Généralement, cela concerne des parkings d’une cinquantaine à plusieurs centaines d’emplacements, sur des aires d’autoroute ou dans des zones commerciales. Ces installations produisent de l’électricité et apportent une ombre bienvenue pour les utilisateurs ;
• une toiture photovoltaïque sur hangar agricole ou tertiaire ;
• une centrale photovoltaïque flottante qui permet de profiter de l’énergie solaire sans utiliser des terres qui peuvent être précieuses, en particulier pour les territoires insulaires. L’installation d’une ferme solaire sur l’eau dépend cependant de nombreuses contraintes :
  • les étendues d’eau douce sont à privilégier, car la concentration en minéraux dans les mers et océans rend l’eau corrosive ;
  • les grands lacs sont à proscrire car leurs eaux sont parfois très agitées ce qui peut endommager la centrale ;
  • les études environnementales à mener sont importantes pour assurer que l’écosystème en place ne souffre pas du changement ;
  • du fait de ces impératifs, l’emplacement idéal pour une centrale solaire flottante (particulièrement en France) est le lac de carrière désaffectée.

Quelle surface pour une ferme solaire ?

S’il est vrai que l’on commence parfois à parler de ferme solaire à partir de 100 kWc de puissance installée, il est important de souligner que ce terme est à privilégier pour les installations à très grande échelle. Le tableau ci-dessous donne un ordre d’idées de la surface nécessaire pour installer une ferme solaire et de la puissance correspondante.

Avantages et inconvénients des fermes solaires

L’énergie solaire rencontre depuis plusieurs années un franc succès dans le monde entier. Elle possède en effet différents atouts qui jouent en sa faveur :

• le solaire photovoltaïque est une source d’énergie très propre qui ne rejette aucun gaz à effet de serre pendant l’exploitation de la centrale (jusqu’à 40 ans) ;
• les frais d’exploitation d’une ferme solaire (à débourser chaque année pour permettre son fonctionnement) sont faibles ;
• le bruit des fermes solaires est inexistant, un avantage non négligeable, en particulier en comparaison du parc éolien ;
• il est possible d’utiliser des terrains dégradés ou pollués, comme des friches industrielles, décharges ou anciennes bases militaires ;
• les panneaux solaires sont aujourd’hui recyclables à près de 95 % ;
• les projets de fermes solaires sont rarement opposés au niveau local, contrairement à d’autres modes de production comme l’éolien ou le nucléaire.

Cette énergie n’est cependant pas la panacée, et elle s’accompagne d’un certain nombre de désavantages :

• le caractère intermittent de l’énergie solaire rend les fermes solaires dépendantes d’une source complémentaire d’énergie ou d’un système de stockage (batterie, hydrogène, barrage, air comprimé, etc.). Le plan de stockage d’EDF a pour objectif d’investir dans ces solutions ;
• les coûts d’installation d’une ferme solaire sont très élevés ;
• les démarches administratives nécessaires au développement d’un tel projet sont longues (en moyenne quatre ans en France, contre une année seulement en Allemagne) et très contraignantes ;
• les retombées économiques locales sont souvent décevantes, particulièrement lorsque les équipements (modules, onduleurs, etc.) sont importés depuis l’étranger ;
• l’emprise au sol de ces projets est très importante, notamment en comparaison des autres modes de production du bouquet énergétique en France ;
• le défrichage de zones boisées pour y installer des panneaux solaires est parfois envisagé, malgré les incitations mises en place par CRE pour éviter cela. C’est par exemple le cas de la ferme solaire Horizeo qui fait l’objet d’un débat public au moment de l’écriture de cet article.

Coût et rentabilité des fermes solaires

Nous l’avons vu, les projets de parc photovoltaïque au sol sont la plupart du temps très vastes, complexes et nécessitent des ressources considérables pour voir le jour. Voici les montants nécessaires et les retours sur investissement qui peuvent être attendus des fermes solaires.

Coût d’investissement dans une ferme solaire

Parmi les frais de création d’une centrale photovoltaïque au sol de grande envergure, on trouve :

• la location du terrain si l’exploitant n’en est pas propriétaire ;
• l’achat des équipements nécessaires au bon fonctionnement de la centrale (panneaux, onduleurs, transformateur, système de sécurité, etc.) ;
• les travaux d’installation du champ photovoltaïque (aplanissement du sol, aménagement d’accès, clôture du parc, pose des supports pour les modules, création de tranchées accueillant les câbles, etc.) ;
• le raccordement au réseau d’électricité. Non négociable et très élevé, ce montant augmente de manière exponentielle avec la distance qui sépare la ferme solaire du réseau.

Il convient d’ajouter à cela les frais d’exploitation de l’installation qui incluent notamment :

• le tarif d’utilisation des réseaux publics d’électricité (TURPE) ;
• l’entretien du site (tonte et taille de la végétation, nettoyage des panneaux solaires, système de sécurité, etc.) ;
• la maintenance des équipements (réparation des équipements endommagés, remplacement des onduleurs en fin de vie, etc.).

Ces dernières années, de nombreuses avancées technologiques ont permis de faire diminuer les tarifs pour un grand nombre de composantes des centrales solaires, et donc de faire baisser le coût d’une centrale photovoltaïque. La CRE a publié un rapport en février 2019 dans lequel elle analyse les « Coûts et rentabilités du grand photovoltaïque en métropole continentale ». Sur les trois années précédant cette publication, les coûts d’investissement ont diminué de 32 % en moyenne.

Ce document établit que début 2019, les prix moyens d’une ferme solaire étaient de :

• 800 €/kWc pour les installations au sol ;
• 600 €/kWc pour les centrales au sol de très grande taille ;
• 1 100 €/kWc pour les installations sur toitures et ombrières.

Concernant les frais d’exploitation, une baisse de 27 % de leur montant a été observée sur les trois années de l’étude (2016-2018). À un peu moins de 20 €/kWc/an pour la plupart des centrales considérées, ils ont participé à la diminution des coûts complets de production de l’électricité photovoltaïque en France.

Rendement d’une centrale solaire

Le rendement des panneaux photovoltaïques fait référence à la proportion d’énergie solaire qu’ils transforment en électricité. Selon les modèles, le rendement affiché par les fabricants varie de 5 à 25 %.

Toutefois, dans le langage courant, le terme « rendement » est généralement utilisé pour faire référence à la quantité d’électricité produite sur une période donnée, le plus souvent une année. En ce sens, le rendement d’une ferme solaire varie selon :

• la puissance installée. De manière très intuitive, plus il y a de panneaux solaires, plus la production d’électricité sera élevée ;
• le type de module utilisé. Pour les fermes solaires, ce sont habituellement des panneaux polycristallins ou monocristallins. D’autres technologies existent, comme les panneaux amorphes ou à pérovskite ;
• l’orientation des panneaux solaires et leur inclinaison. L’idéal est une exposition plein sud avec un angle de 30-35° par rapport à l’horizontale ;
• le lieu d’implantation du champ photovoltaïque. L’ensoleillement annuel n’est pas le même partout en France, et la production d’un module installé dans le Sud sera plus élevée que celle de ce même panneau dans le Nord ;
• la présence d’ombrages qui arrêtent la production du panneau touché. Cela est d’autant plus important pour les fermes solaires que tous les modules d’une rangée sont en général montés en série avec un onduleur unique. Cela signifie que la production de la série s’aligne sur le panneau produisant le moins. Autrement dit, si un panneau de la série est à l’ombre, même partiellement, toute la rangée cesse de produire de l’électricité.

Tous ces facteurs sont à prendre en compte pour estimer la production annuelle d’une centrale photovoltaïque. Deux grandeurs peuvent être utilisées indifféremment :

• le nombre de kWh (kilowattheure) d’électricité par an et par kWc de puissance installée ;
• les heures équivalent pleine puissance (Hepp/an).

D’après le rapport « Coûts et rentabilités du grand photovoltaïque en métropole continentale » de la CRE, la production moyenne des fermes solaires en France est de 1 243 Hepp/an. Attention toutefois, cette valeur inclut des centrales de toutes tailles.

La CRE relève également que la production prévue par les candidats dans la moitié sud (Nouvelle-Aquitaine, Auvergne Rhône-Alpes, Occitanie et Provence-Alpes-Côte d’Azur) est en moyenne 17 % plus élevée que sur le reste du territoire.

Rentabilité d’une ferme solaire

Dans la partie ci-dessus, c’est le rendement des panneaux solaires qui est abordé, c’est-à-dire la quantité d’électricité qu’ils peuvent produire. Ce n’est cependant pas la variable qui intéresse le plus les investisseurs désirant monter une ferme solaire. La rentabilité d’une centrale photovoltaïque fait quant à elle référence au profit qui peut être tiré du projet chaque année comparé au montant de l’investissement initial. Cet indicateur est crucial pour les investisseurs et pour les pouvoirs publics qui s’efforcent de choisir des lauréats dont le projet est viable financièrement.

Dans son rapport, la CRE étudie précisément le taux de rentabilité interne sur 20 ans des projets des candidats répondant à un appel d’offres.  :

• la moyenne est de 3,66 % sur 20 ans pour l’ensemble des projets déposés ;
• 70 % des projets ont une rentabilité sur 20 ans entre 2,14 % et 5,56 % ;
• si la période analysée est de 30 ans au lieu de 20, la rentabilité moyenne passe à 4,72 %.

En termes de répartition géographique, les fermes solaires du sud ont l’avantage d’une production plus élevée à puissance équivalente. La CRE relève d’ailleurs que 68 % des projets déposés concernent la moitié sud. En revanche, la présence d’un grand nombre de friches industrielles vacantes sur la moitié nord du territoire permet aux exploitants photovoltaïques de ces régions de diminuer leurs coûts de production car ils peuvent négocier des conditions d’occupation de ces terrains très intéressantes financièrement. Il n’est donc pas possible d’affirmer qu’une zone en particulier garantit une rentabilité plus importante.

L’amortissement des fermes solaires (temps nécessaire pour récupérer l’investissement initial) se fait en une douzaine d’années pour une centrale de grande taille et bien ensoleillée. Pour des conditions un peu moins favorables, cette durée peut monter à 15 ans ou plus. Pour rappel, les panneaux photovoltaïques bénéficient généralement d’une garantie de 20 à 25 ans, mais peuvent fonctionner de manière très efficace jusqu’à 30 à 40 années après leur mise en service.

Sur le long terme, la rentabilité d’une ferme photovoltaïque est bonne à deux conditions :

• les coûts d’achat du matériel et d’aménagement du site doivent être mesurés précisément et parfaitement maîtrisés ;
• la quantité d’électricité produite et le tarif d’achat doivent permettre un revenu suffisant au vu des coûts détaillés ci-dessus.

Ferme solaire pour particulier

Les fermes solaires de grande taille ne sont généralement pas adaptées aux besoins des particuliers : ils possèdent rarement plusieurs hectares de terre inexploitable. Les consommateurs qui sont dans ce cas-là sont encouragés à se renseigner sur la possibilité de louer cette parcelle à un exploitant photovoltaïque. Le terrain rapportera de l’argent à son propriétaire et participera à l’essor des énergies renouvelables.

Pour tous les autres, il est possible de produire son électricité soi-même sans faire installer plusieurs milliers de modules photovoltaïques :

• pour de l’autoconsommation totale (sans revente d’une partie de l’électricité à EDF OA), l’idéal est d’investir dans un kit photovoltaïque. Ces équipements sont abordables et très faciles à installer, et ils permettent de faire quelques économies sur les factures d’électricité ;
• pour vendre tout ou parie de la production solaire, le mieux est d’opter pour une toiture photovoltaïque, une pergola solaire ou un abri de voiture équipé de modules. En effet, ces solutions permettent de vendre tout ou partie de la production à EDF OA et de profiter du tarif d’achat du photovoltaïque fixe sur 20 ans.

Les ménages qui choisissent de faire poser des panneaux photovoltaïques en toiture devront réaliser plusieurs démarches avant de commencer à produire et vendre leur électricité verte :

1. consulter les documents d’urbanisme pour connaître les règles qui s’appliquent au logement ;
2. monter un projet solaire qui respecte ces normes (nombre de panneaux solaires, couleur, méthode de pose, etc.) ;
3. obtenir un permis de construire pour panneaux solaires ou déposer une déclaration préalable de travaux, selon les cas ;
4. faire réaliser les travaux par un professionnel compétent et certifié RGE ;
5. obtenir le raccordement des panneaux photovoltaïques au réseau d’Enedis ;
6. signer un contrat de vente avec EDF OA.

Il est possible de se faire accompagner par un installateur photovoltaïque pour ces formalités qui nécessitent parfois beaucoup de temps et d’énergie. Dans tous les cas, il est vivement recommandé de demander des devis à plusieurs entreprises pour comparer les prix et niveaux de prestation (trois devis permettent généralement de se faire une idée des prix pratiqués dans la région).