Généralités sur l'énergie solaire

Q : Quelles différences principales existe-t-il entre le photovoltaïque et le thermique?
R : En dehors bien sûr des matériaux utilisés, il y existe deux différences importantes entre ces deux familles de capteurs :
1) Un écart de rendement d'un facteur 6
Par bon ensoleillement, un mètre carré de capteur photovoltaïque (on dit aussi module photovoltaïque) produit une puissance maximum d'environ 100W à 130W sous forme d'électricité, alors qu'un capteur thermique peut produire une puissance de 700W sous forme de chaleur (eau chaude), soit un écart de rendement d'un facteur 6.
2) Un écart de coût d'un facteur 5
Quant au coût, à puissance égale, une installation photovoltaïque coûte environ 5 fois plus cher qu'une installation thermique.

Q : Quelle est la production annuelle d'un capteur solaire photovoltaïque installé dans centre de la France?
R : Une installation photovoltaïque reliée au réseau EDF a une productivité d'environ 100 kWh/m².an, et cette valeur varie très peu selon l'installation, car l'électricité excédentaire est injectée sur le réseau EDF.

Q : Quelle est la production annuelle d'un capteur solaire thermique installé dans centre de la France?
R : Les capteurs thermiques ont un rendement six fois supérieur aux modules photovoltaïques, mais l'été la totalité de la chaleur captée ne peut pas être toujours être utilisée (les ballons solaires dépassent alors largement les 90°C).
La production productivité d'un chauffe-eau solaire est fonction de l'utilisateur et du type d'installation. Elle peut aller de 200 kWh/m² par an si on n'utilise l'eau chaude avec parcimonie (on a alors très souvent de l'eau solaire chaude), à 800 kWh/m² par an si on consomme énormément d'eau chaude (on a alors le plus souvent de l'eau chaude solaire tiède).

Q : La productivité d'un chauffe-eau solaire est-elle plus importante dans le sud que dans le nord de la France?
R : Une étude de l'ASDER (Association Savoyarde de Développement des Énergies Renouvelables - info@asder.asso.fr - www.asder.asso.fr ) montre que la productivité est sensiblement égale dans toute la France, mais le chauffage d'appoint est plus important dans le nord de la France.(carte de France).

Q : Les capteurs solaires fonctionnent-ils par temps nuageux?
R : Oui, mais dans la réalité les capteurs peuvent n'atteindre qu'un rendement d'environ 10%.
Un module photovoltaïque pourra alors permettre une petite production constante d'électricité.
Un capteur thermique ne sera porté à une température supérieure de seulement quelques degrés par rapport à l'ambiance. Dans ces conditions, chauffer de l'eau même à 30°C n'est pas évident. Pour récupérer ce faible échauffement, il faudrait une petite pompe à chaleur, mais sa rentabilité serait faible.

Q : Et l'ultraviolet?
R : Il existe des présupposés au sujet du rayonnement ultraviolet : il permettrait le fonctionnement des capteurs solaires par temps couvert et on ne bronze pas derrière une vitre.
En réalité :
1) La courbe de Parry Moon, qui montre la répartition de l'énergie contenue dans le rayonnement solaire, permet de déduire l'importance relative des rayonnements :
- Ultraviolet : 1%
- Lumière visible : 53%
- Infrarouge : 46%
Le rayonnement ultraviolet est donc négligeable dans la fourniture d'énergie pour les capteurs thermiques ou photovoltaïques.
2) Le vitrage laisse passer la majorité de l'ultraviolet, et il existe des vitrages ou des films spéciaux permettant de réduire très fortement son intensité responsable de la décoloration des tissus exposés dans les vitrines.

Q : Quels rayonnements permettent le fonctionnement des cellules photovoltaïques?
R : Seuls les rayonnements d'énergie forte permettent d'arracher un électron de la couche périphérique d'un atome.
L'ultraviolet et le visible proche de l'ultraviolet permettent ainsi la création d'électricité photovoltaïque.

Q : Sait-on stocker l'eau chaude solaire excédentaire en été pour l'utiliser en hiver?
R : On sait capter l'énergie solaire thermique avec d'excellents rendements (60% à 80%), et aussi la stocker très facilement pendant quelques jours en chauffant de l'eau.
Malheureusement, un stockage de plusieurs mois réalisé l'été pour chauffer une maison est inenvisageable, car les pertes seraient si importantes que la chaleur stockée en été aurait presque totalement disparu en hiver.
Pour des stockages à l'échelle de plusieurs centaines de logements, les volumes sont considérables, mais les déperditions sont proportionnellement bien moins importantes et des réalisations sont actuellement en cours lieu aux Pays-Bas.

Q : Sait-on stocker l'électricité solaire?
R : On sait très facilement stocker la production de quelques mètres carrés de modules photovoltaïques dans des accumulateurs, car il s'agit de petites quantités d'électricité.
Hélas, l'utilisation d'accumulateurs n'est pas écologiquement souhaitable car ils sont généralement composés de métaux toxiques (plomb, cadmium, nickel) et leur filières de recyclage sont généralement très polluantes.
Des accumulateurs alcalins au manganèse, donc logiquement beaucoup moins polluants, mais de petite taille (R03 et R6), arrivent maintenant sur le marché, mais ils sont encore chers et nécessitent des chargeurs spécifiques.
Pour stocker d''importantes quantités d'électricité, ce n'est réalisable actuellement que dans des barrages,or il n'existe plus de grands sites en Europe, leur construction soulève à juste titre de plus en plus d'opposition et le rendement global n'est pas bon.
Une voie d'avenir peut être l'utilisation de l'électricité solaire pour produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Pour arriver à des solutions intéressantes, il reste de nombreux problèmes techniques à résoudre.

Q : Le chauffage et l'eau chaude solaires sont-ils efficaces en Auvergne?
R : Ils sont très efficaces en Auvergne, comme dans toute la France (carte de l'ensoleillement).
Une installation de chauffage solaire représente un même coût d'investissement en Midi Pyrénées ou dans la Région
Nord-Pas de-Calais. Or, comme la période de chauffage est plus importante dans le nord de la France, la durée de fonctionnement de l'installation solaire sera plus importante et l'investissement sera alors plus rentable.
Ce même raisonnement peut être repris pour le chauffe-eau solaire.

Q : En solaire passif, peut-on mettre du simple vitrage au sud?
R : Surtout pas, car les grandes surfaces vitrées sont le siège de déperditions importantes, que les apports solaires ne compenseraient pas. Mettre à toutes les fenêtres du double vitrage peu émissif à gaz, possédant un coefficient de déperdition inférieur à 1,1W/m².°C.

Q : Quelle démarche effectuer pour l'installation de capteurs solaires?
R : Il faut déposer une demande de travaux auprès de votre mairie. Si la réponse ne vous parvient dans les 30 jours, l'autorisation est acquise. Si votre habitation se situe en site classé, un refus est à envisager.