Capteurs solaires thermiques ou photovoltaïques ?

D’abord, pouvez-vous faire la différence ? Non ? C’est normal, il s’agit dans les 2 cas de panneaux rectangulaires noirs disposés en général sur les toitures des bâtiments.

Vous avez par contre très certainement entendu parler de photovoltaïque, ou alors vous revenez de la lune, vu la place qu’il prend dans les médias.

C’est d’ailleurs ce dernier constat qui nous amène à rédiger cet article, pour remettre les choses à leur place.

Alors en gros,
- le capteur solaire thermique (CST) utilise principalement les rayons du soleil (rayonnement direct) pour chauffer de l’eau grâce à un mini effet de serre créé par un vitrage disposé au dessus d’un panneau métallique absorbant
- le module solaire photovoltaïque (MPV) se contente des photons de lumière (rayonnement diffus) pour créer un courant électrique sur un support en silicium.

En moyenne donc le soleil envoie sur le sol de notre bonne vieille Belgique de l’ordre de 1.000 kWh/an.m², soit 100l de mazout ou 100 m³ de gaz par an sur chaque m². Il y a de quoi s’y intéresser, non ? C’est bien l’objectif des capteurs solaires.

Essayons de comparer les 2 technologies.

L’Efficacité énergétique

Revenons à nos 1.000 kWh/m².an : Un capteur thermique plan classique installé correctement sur une toiture sera en mesure d’en récupérer 800 kWh/m².an, alors le capteur photovoltaïque placé dans les mêmes conditions n’en captera qu’une petite centaine.

Et par conséquent, la surface développée pour satisfaire aux mêmes besoins sera plus grande dans le cas du photovoltaïque et donc le coût d’installation beaucoup plus élevé.

Toutefois la comparaison ne peut s’arrêter là, car c’est l’énergie effectivement disponible qui nous intéresse. Et là, puisque le rayonnement solaire est variable (jour/nuit, été/hiver), le profil de consommation et la capacité de stocker l’énergie deviennent un facteur prépondérant.

Dans le premier cas, par exemple, le stockage courant est le ballon d’eau chaude solaire dont la capacité est limitée. Ainsi, pour une habitation, un chauffe-eau solaire de 200 l couplé à 4 m² de panneaux thermiques ne permettra de récupérer que 300 kWh/m².an.

Pour le photovoltaïque, dans la majorité des cas, nous disposons désormais d’un stockage infini (c’est ce qui fait son succès !) : nous revendons nos surplus d’électricité solaire au réseau de distribution pour les reprendre en absence de fourniture solaire suffisante et 100% de l’énergie captée est effectivement disponible.

D’un point de vue développement durable, le photovoltaïque permet aussi de soulager les centrales thermiques de production d’électricité et l’écart, entre les 2 technologies, calculé en énergie primaire, se réduit encore.

Il reste donc que 1 m² de capteur thermique met plus d’énergie à disposition que le module PV et il n’y a pas photo, si vous me permettez l’expression.

Il faut toutefois noter que dans la perspective du bâtiment à « énergie positive » qui produit plus qu’il ne consomme, véritable objectif de la recherche des 10 prochaines années, le photovoltaïque restera en Belgique incontournable. Mais cela c’est pour les bâtiments neufs.

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L’adaptation à l’usage

Le capteur thermique produit de l’eau chaude à basse et moyenne température. L’eau chaude n’est pas transportable sur des longues distances. Il nécessite également de grands volumes de stockage et donc un certain encombrement.

Il est prédestiné à des usages sanitaires et locaux d’eau chaude, voire d’appoint de chauffage. Ces usages là sont très limités. Songez que l’eau chaude sanitaire (ECS) ne représente que 8% de la consommation énergétique d’un ménage.

Il sera particulièrement indiqué pour le chauffage de l’eau des piscines, dans les immeubles d’appartements, des sanitaires collectifs d’entreprise, des cuisines industrielles, et tout autre utilisation diurne.

Inversement le transport de l’électricité est très simple, peu coûteux et peu encombrant. Toutefois comme on l’a vu les puissances disponibles sont généralement limitées par rapport aux besoins.

Le champs d’application du photovoltaïque est plus vaste pourvu que les puissances en jeu soient limitées : électroménagers, éclairage, petit matériel électrique (ordinateurs, pompes, ventilateurs, ...).

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L’Efficacité économique

Sur ce point, 3 facteurs entre en ligne de compte :
- Le coût de l’investissement,
- Les incitants financiers et fiscaux
- La couverture solaire, c’est-à-dire la part du solaire dans la consommation totale.

Le nombre de ces variables ne permet pas de tirer des conclusions générales. Alors, à titre d’exemple accessible à tous, intéressons-nous à un ménage moyen de 4 personnes en région wallonne qui cherche à couvrir ses besoins énergétiques propres :

Eau chaude sanitaireElectricité
Installation 5 m²/300l 2.850 Wc (20 m²)
Production énergétique 1.600 kWh/an 4.000 kWh/an
Investissement 7.000 € 17.500 €
Amortissement 15 ans 15 ans
Coût brut de l’énergie 0,29 €/kWh 0,29 €/kWh
Incitants 4.800 € 10.300 €
Investissement net 3.200 € (53%) 7.120 € (41%)
Coût net de l’énergie 0,13 €/kWh 0,12 €/kWh

Les coûts de l’énergie produite sont donc très comparables. Mais à ce stade, nous ne comparons que le coût des consommation énergétiques.

Le photovoltaïque permet, comme nous l’avons vu, de produire et vendre de l’électricité au réseau. Une rémunération (certificats verts) de l’ordre de 15% peut donc être attribuée pendant 15 ans à cet investissement. C’est l’argument massue qui anime le marché du photovoltaïque actuellement.

Et là non plus, il n’y a pas photo.

On peut toutefois logiquement se poser la question de la viabilité d’un modèle économique qui consiste pour les distributeurs d’électricité à acheter au prix de vente une électricité de faible qualité (aléatoire, de faible intensité et hors pointe), afin d’éviter des pénalités. On est la clairement dans une économie dirigée guidée par les objectifs 2020 de Kyoto. La chute risque d’être brutale.

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Le Développement durable

Si le développement durable s’envisage sous les aspects environnementaux et économique, il ne faut écarter la dimension sociale, même si nous ne disposons que de peu d’information sur le sujet.

A cet égard, l’exploitation des carrières de silicium (composant des cellules photovoltaïques) principalement en Europe de l’Est a un coût environnemental et social qui font dire aux détracteurs du photovoltaïque que l’installation ne peut être remboursée durant sa durée de vie.

D’autre part, le coût des installations et la technologie qui y est associée, réserve le solaire thermique aux populations à faible revenu, alors que la photovoltaïque est essentiellement utilisée par les populations à haut niveau d’équipement.

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En résumé,

CritèreCapteurs solairesModules photovoltaïques
Efficacité énergétique *** *
Efficacité économique ** ****
Usage Limité par le stockage Limité par les puissances
Durabilité *** ***
Coût social * *** ?
Indépendance énergétique ** *

Afin d ’augmenter l’usage et l’efficience des installations solaires, différentes techniques sont disponibles quoiqu’encore peu développées ou répandues :
- Les capteurs tubulaires à haute performance
- Le stockage géothermique qui utilise le sol comme stockage énergétique,
- La climatisation et le froid solaire pour le solaire thermique ;

- Les suiveurs solaires (trackers) dont les panneaux s’orientent en fonction de la course du soleil
- Les centrales solaires photovoltaïques ;

voire une combinaison des deux : La pompe à chaleur solaire géothermique

En conclusion, il n’y a ni meilleur, ni moins bonne technologie, chacun choisira la technologie qui répondra au mieux aux critères choisis, mais le choix du solaire est certainement judicieux comme énergie d’appoint ...... dans un premier temps.

Et n’oubliez pas que ces dispositifs ne seront vraiment concurrentiels avec une installation traditionnelle équivalente que si vous commencez par réduire vos besoins énergétiques et donc vos investissements.

N’oubliez pas non plus que vos fenêtres sont également des capteurs solaires et que ceux-là aussi méritent votre attention.

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