Quels sont les différents types de panneaux solaires ?

Thermique ou photovoltaïque, quelle différence entre ces types de panneaux solaires  ?

Le thermique ou le photovoltaïque sont issus d’une seule énergie : le rayonnement solaire. La distinction entre les deux est finalement assez simple : le solaire thermique produit de la chaleur alors que le solaire photovoltaïque produit de l’électricité.

Fonctionnement des capteurs thermiques

La chaleur est produite par l’action des capteurs (ou panneaux) solaires thermiques qui captent l’énergie du soleil pour la transformer en chaleur. L’énergie solaire thermique sert à chauffer un fluide, souvent pour un processus industriel, ou sinon à produire de l’eau chaude sanitaire (ECS). Généralement, un système solaire thermique est composé de 2 à 3 panneaux solaires et d’un cumul d’eau chaude (de 200 à 400 L en général).

Les panneaux solaires thermiques captent la chaleur issue du rayonnement solaire. L’énergie récupérée est transportée à l’aide d’un fluide caloporteur (eau et antigel) jusqu’à l’équipement assurant l’eau chaude d’un logement, chauffe-eau solaire ou ballon de stockage. Le fluide circule dans le cumulus pour chauffer l’eau froide qui s’y trouve. Le fluide devient froid de nouveau, et retourne dans les panneaux solaires pour recommencer un nouveau cycle. 

Si la production d’énergie solaire baisse par un manque d’ensoleillement, la régulation laisse la main au système de bas (pompe à chaleur ou chaudière par exemple).

L’énergie ainsi récupérée peut-être dédiée à la production d’eau chaude sanitaire avec installation d’un chauffe-eau solaire individuel. Les besoins annuels d’un foyer en ECS peuvent être couverts entre 50 % et 80 % par le solaire thermique. Les panneaux peuvent également répondre à vos besoins tel quel chauffer votre piscine ou bien charger votre voiture électrique. 

Fonctionnement des panneaux photovoltaïques

Pour comprendre le fonctionnement des panneaux photovoltaïques il faut s’intéresser aux caractéristiques du matériau puis à la manière dont l’énergie est transformée en courant électrique.

Les panneaux photovoltaïques sont composés d’un matériau clé semi-conducteur : le silicium. Il a la particularité de produire de l’électricité (libération d’électrons) sitôt qu’il est exposé au soleil. Le silicium est donc présent dans chaque cellule des différents types de panneaux solaires photovoltaïques. Grâce à l’action d’un onduleur, le courant continu est transformé en courant alternatif.

Il existe différents types de cellules photovoltaïques :

• Les panneaux solaires pourvus de cellules en silicium monocristallin présentent un rendement moyen de 20 %. Ils sont fabriqués à base d’un seul cristal de silicium ;
• Les panneaux solaires pourvus de cellules en silicium polycristallin ont un rendement oscillant entre 13 et 15 %. Eux sont fabriqués avec plusieurs cristaux juxtaposés ;
• Les panneaux solaires à base de silicium amorphe présentent le plus petit rendement, entre 6 et 9 %. Ils sont conçus avec 1 % de silicium déposé sur un matériau amorphe.

 Panneau solaire Aérovoltaïque  : thermique et solaire

Lorsque nous parlons de système aérovoltaïque ou de système hybride, nous parlons de la combinaison entre le solaire photovoltaïque (pour la production d’électricité) et le solaire thermique (pour la production de chaleur). Chaque technologie a ses spécificités mais à deux, elles permettent d’alimenter en chaleur et en électricité un ensemble d’équipement électrique.

Les panneaux aérovoltaïques sont des panneaux solaires dont la face arrière est supposée être ventilée afin de récupérer l’air chaud. Les deux côtés du capteur se mettent en action. L’un, face au soleil, agit tel un panneau photovoltaïque ; l’autre, dessous, capte la chaleur du soleil. Le panneau photovoltaïque produit à la fois de l’électricité et de la chaleur. 

Lorsqu’un panneau solaire atteint des températures supérieures à 25°C, il peut perdre jusqu’à 0.5 % de rendement par degré supplémentaire. Cependant, la ventilation réalisée par le système hybride permet théoriquement de refroidir tout le système photovoltaïque et donc améliore les performances. Toutefois, la production de chaleur et donc la réduction de la consommation de chauffage est très variable selon les installations, et a surtout tendance à être notable en été, c'est-à-dire à une période où cette chaleur n'a que peu d'intérêt à être récupérée !

Ce type de panneaux solaires et cette technologie n’étant pas encore assez mûrs, les retours d’expériences sont plutôt rares et nous n’avons pas encore assez de recul pour affirmer le bon fonctionnement de cette stratégie. De plus, le prix d’un système hybride est très onéreux (plus cher qu’une installation photovoltaïque classique). Actuellement, il est difficile de faire des hypothèses pertinentes en matière de comportement d’individus concernant ces nouveaux types de panneaux solaires. Par ailleurs, les panneaux solaires aérovoltaïques sont moins rentables et plus chers que les panneaux solaires photovoltaïques.

Chauffe-eau solaire : de l’eau chaude à moindre coût

Destiné également à produire de l’eau chaude sanitaire, le chauffe-eau solaire individuel (CESI) est composé de capteurs solaires thermiques et d’un ballon de stockage d’eau. Là aussi, les panneaux solaires thermiques produisent de la chaleur grâce aux rayons solaires. Les calories de la chaleur sont transportées dans le circuit des capteurs puis déposées dans le ballon de stockage grâce à un échangeur de chaleur afin d’alimenter les foyers en eau chaude. Le CESI assure, selon la région et la taille du foyer, 50 à 80 % des besoins en eau chaude sur une année.

Selon l'ADEME, l’eau chaude représente 11 % de la consommation d’électricité d’un foyer. Voici la répartition moyenne de la consommation d’électricité en France :

Répartition de la consommation électrique moyenne d'un ménage en France

Source : CEREN,  Chiffres-clés Climat Air et  Energie, 2018 ADEME

Le chauffe-eau solaire individuel n’a pas à vocation d’assurer les besoins totaux en eau chaude sanitaire, mais correspond à un système d’appoint. Il est généralement couplé avec un autre dispositif de chauffage (comme le gaz, le fioul ou l’électricité). 

Pour dimensionner correctement votre chauffe-eau solaire individuel, il est nécessaire de prendre en compte la zone géographique de votre maison et son nombre d’occupants. De même le prix dépend du dimensionnement de l’installation nécessaire à la production d’eau chaude pour le besoin de votre foyer. Le prix moyen de l’installation (pose comprise) est entre 3 800 € et 5 500 € TTC.

Le système solaire combiné : 2 en 1

Le système solaire combiné (SSC), appelé aussi combi solaire ou encore chauffage solaire, permet à la fois de produire l’eau chaude sanitaire, mais aussi de fournir à votre logement un chauffage solaire. 

Celui-ci est relié à différents circuits de votre logement : le ballon d’eau chaude sanitaire, les radiateurs à eau ou encore le parquet chauffant.

Moins connu que le chauffe-eau solaire, cet équipement affiche de belles performances : il peut assurer entre 40 et 60 % des besoins en chauffage au sein d’un foyer sur l’année. Les équipements sont similaires au CESI (capteurs, ballon de stockage, échangeur). L’avantage de ce dernier : il transmet aussi la chaleur générée dans les circuits de chauffage, ce qui permet de faire de réelles économies d’énergie. Il fonctionne via trois technologies (hydro-accumulation, solaire direct, mixte) spécifiques.

Un SSC est efficace sous certaines conditions :

• Le logement doit être bien isolé (jusqu’à 70 %* des besoins annuels en chauffage avec une isolation de qualité).
• Un espace suffisant et bien isolé pour stocker le ballon de 500 à 1 000 litres.
• L’équivalent de 1/10e de la surface à chauffer (pour une maison de 100 m² au sol, soit 10 m² de panneaux solaires thermiques).

Quelles aides de l’État solliciter pour un chauffe-eau ou un chauffage solaire ?

Si vous désirez installer un chauffage solaire ou un chauffe-eau solaire, de nombreuses aides sont disponibles selon le type de panneaux solaires :

• Un crédit d’impôt pour la transition énergétique (CITE) de 30 % peut vous être accordé sur les dépenses de matériel si vous installez un équipement solaire thermique dans votre résidence principale achevée depuis plus de 2 ans.
• L’éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ) dans le cadre de travaux groupés selon le logement.
• Les subventions de l’ANAH.
• Les dispositifs des collectivités qui soutiennent les investissements dédiés aux énergies renouvelables.

Toutes ces aides sont soumises à une condition : faire appel à un professionnel labellisé RGE « Reconnu Garant de l’Environnement ». À ce titre, vous pourrez aussi avoir la TVA à 5,5 % sur l’achat et la pose des équipements. 

Avec une installation thermique solaire bien réalisée, vous ferez des économies sur les factures d’eau chaude et de chauffage. Tout comme avec des panneaux photovoltaïques pour la production d’électricité, l’énergie solaire présente bien des avantages. Ainsi, peu importe le type de panneaux solaires choisi, votre facture diminuera.

Les points clés à retenir concernant les différents types de panneaux solaires :

• Le solaire thermique produit de la chaleur pour l’eau chaude et le chauffage, le solaire photovoltaïque de l’électricité pour certains équipements.
• Lorsque nous parlons de système aérovoltaïque ou de système hybride, nous parlons de la combinaison entre le solaire photovoltaïque (pour la production d’électricité) et le solaire thermique (pour la production de chaleur). 
• Le CESI (Chauffe-Eau Solaire Individuel) permet d’avoir l’eau chaude sanitaire à coûts réduits.
• Le SSC (Système Solaire Combiné) assure la production d’eau chaude et de chauffage, mais est plus onéreux.
• Si vous désirez installer un chauffage solaire ou un chauffe-eau solaire, de nombreuses aides sont disponibles