Panneaux solaires : thermiques ou photovoltaïques, lequel choisir ?

Quelles sont les caractéristiques d'un panneau solaire thermique ?

De plus en plus populaires comme solution de production d'énergie propre et renouvelable, les panneaux solaires recouvrent cependant différentes réalités puisqu'ils peuvent prendre la forme de panneaux photovoltaïques ou de panneaux thermiques.

Moins répandus que les panneaux photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques offrent la possibilité d’alimenter une maison en chaleur mais aussi en eau chaude sanitaire.

Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?

Les panneaux solaires thermiques utilisent la chaleur émise par le soleil. Une fois les calories captées par les modules, elles sont transférées à un fluide caloporteur, généralement de l'eau ou un mélange d'eau et d'antigel qui subit alors une montée en température. Il est ensuite utilisé pour alimenter un système de chauffage central qui délivre de la chaleur dans des radiateurs ou un plancher chauffant. La chaleur captée peut aussi être transmise à un ballon d'eau chaude (chauffe-eau solaire) pour produire de l'eau chaude sanitaire ou même alimenter une piscine.

De quoi est composé un panneau thermique ?

Pour fonctionner, un panneau solaire thermique se compose donc de capteurs solaires qui absorbent la chaleur du soleil ainsi que d'un circuit hydraulique permettant de transférer cette chaleur absorbée vers le lieu où elle sera utilisée.

Une fois captées, les calories du soleil sont transmises au fluide caloporteur circulant dans des tubes en cuivre ou en aluminium. Ce fluide est ensuite acheminé vers un ballon de stockage ou directement vers le réseau de chauffage.

Un échangeur de chaleur fait office de système de régulation thermique en assurant le chauffage de l'eau du ballon et dans le même temps le refroidissement du liquide caloporteur. Ce dernier est ensuite renvoyé vers les panneaux situés sur la toiture afin d'enclencher un nouveau cycle de production.

Différents types de capteurs solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques utilisent plusieurs types de capteurs pour absorber l'énergie solaire :

• les capteurs plans vitrés qui sont les plus couramment utilisés. Placés à l'arrière du panneau, ils sont composés d'une vitre protectrice qui crée un effet de serre ainsi que d'un isolant limitant les pertes thermiques et d'un absorbeur métallique sous lequel circule le fluide caloporteur ;

• les capteurs à tubes sous-vide : ils fonctionnent plus ou moins comme les capteurs plans vitrés à la différence près que le fluide caloporteur circule à l'intérieur de tubes en verre concentriques sous vide, ce qui améliore considérablement leur efficacité puisqu'ils sont dénués d'air. Ils sont souvent utilisés pour les grandes installations solaires thermiques ;

• les capteurs à air ou capteurs solaires non vitrés : dans ce cas de figure, les tubes de liquide caloporteur ne sont pas protégés par une vitre et sont donc directement exposés à l'air extérieur et la lumière du soleil. Ils sont de ce fait moins performants et plus fragiles que les autres types de capteurs. Ils peuvent ainsi être utilisés pour le chauffage de petits espaces tels qu'une serre par exemple ;

• les capteurs à concentration : ils utilisent des miroirs pour concentrer les rayons du soleil sur un récepteur central absorbeur qui peut ainsi convertir l'énergie en chaleur de façon optimale. L'utilisation de ce type d'équipement nécessite une orientation précise vers le soleil pour maximiser son rendement. Ces capteurs sont principalement utilisés pour des applications industrielles.

En quoi consiste un panneau solaire photovoltaïque ?

Désormais très répandus chez les particuliers comme chez les professionnels, les panneaux solaires photovoltaïques sont des dispositifs innovants conçus pour convertir la lumière du soleil en électricité directement utilisable pour les besoins domestiques d'un foyer. Leur fonctionnement repose sur l'effet photovoltaïque, un mécanisme physique qui génère un courant électrique continu sous l'effet de la lumière, courant qui est ensuite transformé par un onduleur en électricité utilisable pour alimenter des appareils.

De quoi est composé un panneau solaire photovoltaïque ?

Les panneaux solaires photovoltaïques sont constitués de cellules photovoltaïques en silicium cristallin, un matériau conducteur qui devient actif lorsqu'il est en contact avec les rayons lumineux du soleil. Ces cellules sont reliées entre elles par des fils conducteurs et encapsulées au sein d'un matériau résistant et imperméable, le plus souvent du verre trempé ou du plastique.

Comment produit-il de l'électricité ?

Dans la pratique, les modules photovoltaïques installés au sol ou en toiture (voire en façade) captent les photons lumineux, qui, au contact des panneaux, produisent une réaction physique, libérant des électrons qui vont circuler dans un circuit électrique pour créer un courant continu.

Ce courant continu est ensuite acheminé vers un onduleur central ou à des micro-onduleurs, qui permettent de le convertir en courant alternatif de 240V, le seul courant compatible pour alimenter en électricité les appareils et équipements domestiques (appareils électroménagers ou numériques, éclairage, etc.). L'électricité non consommée peut être stockée dans des batteries solaires ou bien être injectée sur le réseau électrique pour être revendue à un fournisseur d'énergie.

Les différents types de panneaux photovoltaïques

Selon le type de silicium et le mode de fabrication du module, les panneaux photovoltaïques présentent des caractéristiques différentes en termes de fonctionnement et de performance. Il existe principalement 3 types de modules solaires photovoltaïques :

• les panneaux solaires monocristallins qui sont fabriqués à partir d'un seul cristal de silicium pur. Ils sont les plus performants puisque leur aspect uniforme permet une captation solaire homogène et donc un rendement plus élevé (compris entre 16 et 24 %). Leur coût est de ce fait également plus élevé que les autres types de panneaux ;

• les panneaux solaires polycristallins qui sont pour leur part composés de plusieurs cristaux de silicium. Plus simples à produire, ils sont moins coûteux que les panneaux monocristallins. Leur rendement est cependant légèrement moins élevé (de 14 à 18 % en moyenne) en raison de leur aspect en forme de mosaïque (patchwork) qui reflète moins bien le rayonnement solaire ;

• les panneaux solaires amorphes ou à couche mince qui sont constitués d'une fine couche de matériau semi-conducteur (du silicium amorphe ou du tellurure de cadmium), déposée sur une surface plane en verre ou en métal. Ils présentent l'avantage d'être très flexibles et malléables, s'adaptant ainsi aux configurations de toiture exiguës. Ils sont en outre très économiques à l'achat mais présentent un rendement bien inférieur aux autres types de panneaux (entre 6 et 9 % seulement).

Comment choisir entre panneau solaire thermique et photovoltaïque ?

Pour faire son choix entre l'installation de panneaux solaires thermiques et de panneaux solaires photovoltaïques, plusieurs facteurs doivent être pris en considération.

Les besoins du foyer

En premier lieu, il convient de déterminer l'objectif principal du dispositif à mettre en place à savoir la production de chaleur ou la génération d'électricité.

Les panneaux solaires thermiques seront choisis pour chauffer un logement ou pour fournir de l'eau chaude sanitaire grâce à la chaleur du soleil tandis que les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité pour alimenter les différents équipements ménagers.

Il est même possible d'installer des panneaux solaires hybrides (aérovoltaïques ou hydrauliques) qui cumulent ces 2 fonctionnalités tout en améliorant le rendement. Ils sont cependant plus onéreux que leurs homologues photovoltaïques et thermiques.

Le système énergétique en place

Le type d'équipement déjà présent dans la maison est également un critère important. Si vous disposez déjà de chauffages électriques, l'installation de panneaux photovoltaïques peut être plus intéressante pour alimenter vos équipements et réduire vos factures d'électricité grâce à l'énergie solaire.

En revanche, si vous avez un ancien chauffage au gaz ou au fioul, l'installation de panneaux solaires thermiques peut constituer l'opportunité d'opérer une transition vers les énergies renouvelables en réduisant considérablement votre dépendance aux énergies fossiles.

Il est même possible d'obtenir une production de chauffage intégralement propre si vous disposez d'une chaudière à granulés, celle-ci pouvant prendre le relais lorsque les panneaux thermiques ne produisent plus de chaleur.

La surface disponible pour l’installation

Il faut également prendre en compte la surface disponible sur la toiture ou dans le jardin (en cas d'installation au sol) pour la mise en place des panneaux solaires. Les panneaux photovoltaïques nécessitent en effet une surface plus importante que les panneaux thermiques pour produire une quantité d'énergie équivalente. Les systèmes thermiques nécessitent eux un espace suffisant dans la maison pour l'installation du ballon d'eau chaude servant à stocker la production.

Le budget

Le budget est enfin évidemment à considérer pour choisir entre panneau photovoltaïque et thermique. Les panneaux solaires thermiques sont généralement moins coûteux à l'achat que les panneaux photovoltaïques. Une installation photovoltaïque moyenne (3 kWc) coûte entre 9 000 et 13 000 € là où une installation thermique moyenne (de 2 à 4 m²) peut aller de 2 000 à 7 000 € environ.

La production d'électricité grâce aux panneaux solaires photovoltaïques peut cependant se révéler plus lucrative sur le long terme notamment grâce à la revente du surplus d'électricité produit ou à l'autoconsommation qui permet d'économiser chaque mois sur ses factures, notamment dans un contexte inflationniste des prix de l'électricité.

Les économies réalisées avec les panneaux thermiques dépendent, elles, en réalité des besoins et de la consommation d'eau chaude sanitaire du foyer. Il convient donc de mettre en rapport votre budget, les tarifs pratiqués par les fournisseurs d'électricité et de gaz ainsi que les besoins de votre foyer pour estimer la solution la plus rentable.

Quels sont les avantages et inconvénients des panneaux solaires thermiques ?

Les panneaux solaires thermiques présentent plusieurs avantages non négligeables :

• ils offrent la possibilité de produire de l'eau chaude sanitaire et du chauffage grâce à une source d'énergie propre, renouvelable et inépuisable à savoir le soleil. Ils permettent ainsi d'accroître l'autonomie énergétique d'une maison en matière de chauffage et ainsi de réduire sa dépendance aux énergies fossiles ;

• leur installation permet de réaliser des économies sur les factures d'électricité liées au chauffage de l'eau, le chauffe-eau sanitaire (CESI) ayant moins besoin de recourir à l'électricité pour fonctionner. Le chauffage de l'eau peut en effet représenter jusqu'à 35 % de la consommation électrique d'un foyer ;

• les panneaux solaires thermiques sont en outre moins chers à l'achat que les panneaux photovoltaïques avec une durée de vie quasiment similaire et un entretien comparable ;
• il s'agit en outre d'un équipement fortement subventionné par les pouvoirs publics avec des primes importantes qui peuvent réduire sensiblement les coûts d'installation.

Certains inconvénients sont néanmoins à prendre en considération avant d'opter pour des panneaux solaires thermiques :

• en premier lieu, ces équipements sont utilisés pour produire de l'eau chaude ou du chauffage et ne peuvent pas générer directement de l'électricité comme le font les panneaux photovoltaïques. Les économies réalisées peuvent alors être limitées si les besoins en chauffage sont réduits au sein du foyer ;

• la production solaire est en outre limitée en hiver avec un nombre d'heures d'ensoleillement réduit, alors même que les besoins en chauffage sont les plus importants à cette période de l'année. Ils nécessitent donc un chauffage d'appoint pour compenser cette insuffisance pendant cette période ;

• leur installation nécessite un espace suffisant pour pouvoir accueillir les panneaux solaires mais aussi les équipements annexes (ballon de stockage, tuyauterie, etc.). Cette contrainte peut être problématique pour les habitations en ville ou disposant d'un espace limité ou peu adapté ;

• enfin, bien que moins chers à l'achat que les panneaux photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques représentent tout de même un investissement important qui nécessite plusieurs années pour être rentabilisé. Ils ne sont donc pas accessibles à tous les foyers malgré les aides relativement importantes pouvant être octroyées.

Quels sont les avantages et inconvénients des panneaux solaires photovoltaïques ?

Les panneaux solaires photovoltaïques présentent eux aussi de nombreux avantages :

• ils permettent de produire une électricité gratuite utilisable pour les divers besoins du foyer, y compris pour alimenter des émetteurs de chaleur ou pour le chauffage de l'eau. Ils apparaissent donc comme polyvalents, permettant ainsi de réduire sensiblement sa consommation électrique (de l'ordre de 40 à 60 % selon l'installation) et donc de diminuer sa dépendance au réseau électrique public grâce à l'autoconsommation ;

• les panneaux photovoltaïques produisent en outre de l'électricité même par temps nuageux, grâce à la luminosité qui est captée même derrière les nuages. La surproduction peut par ailleurs être stockée dans des batteries solaires pour une réutilisation ultérieure et donc une optimisation de la consommation ;

• ce type de panneaux est en outre particulièrement durable, avec une durée de vie comprise entre 25 et 30 ans, qui peut même parfois aller jusqu'à 40 ans grâce notamment à un bon entretien. Ils constituent ainsi un investissement rentable à moyen et long terme, qui offre la possibilité de bénéficier d'une électricité gratuite pendant de nombreuses années une fois le point de rentabilité atteint ;

• les panneaux photovoltaïques offrent enfin la possibilité de générer des revenus complémentaires grâce à la revente de l'excédent de production dans le cadre de l'autoconsommation avec revente du surplus. Ce mode d'autoconsommation rend également éligible le propriétaire au bénéfice de la prime à l'autoconsommation permettant là encore de rentabiliser plus rapidement l'investissement.

Les inconvénients des panneaux solaires photovoltaïques sont relativement limités mais néanmoins à prendre en compte :

• leur installation est relativement coûteuse et nécessite un investissement de départ conséquent ;
• elle requiert une surface de panneaux relativement importante pour tirer pleinement parti de sa production. Toutes les habitations ne sont ainsi pas adaptées à ce type de dispositif du fait d'une surface de toiture limitée ou d'une configuration du toit particulière ne permettant pas une exposition optimale en termes d'orientation, d'inclinaison ou d'ombrage ;
• enfin, même si les coûts d'entretien sont assez limités, il convient toutefois de prévoir le remplacement de l'onduleur 1 ou 2 fois au cours du cycle d'exploitation du système, ce qui correspond à environ 500 à 1 300 € supplémentaires par appareil.