Tout sur les capteurs solaires

publié le 20/06/2024 | mis à jour le 20/06/2024 | par L'équipe Choisir.com

Comment fonctionne un capteur solaire ?

Plusieurs types de capteurs solaires sont disponibles sur le marché. S’ils utilisent tous l’énergie solaire pour la valoriser, leur principe de fonctionnement varie. Découvrez dans le détail les caractéristiques de ces différents capteurs !

Les capteurs photovoltaïques

Les panneaux photovoltaïques servent à produire de l’électricité. Elle peut être utilisée en autoconsommation (totale ou avec revente de surplus) ou en revente totale. En autoconsommation, et selon le nombre de capteurs solaires, l’installation peut couvrir une partie de vos besoins en électricité pour gagner en autonomie. Vous serez moins soumis aux fluctuations des prix de l’énergie sur le marché. Si une panne de courant se produit du fait d’un problème sur le réseau, votre logement pourra toujours être alimenté en électricité (à condition que les panneaux produisent à ce moment-là, selon l’ensoleillement).

Si vous choisissez de revendre l’électricité produite par vos capteurs photovoltaïques (en partie ou en intégralement), vous devez souscrire un contrat de vente avec EDF Obligation d’Achat (EDF OA). Le tarif de rachat de l’électricité est alors fixé pour 20 ans.

• Avec la revente de surplus, c’est seulement si les capteurs produisent plus que nécessaires que l’électricité est envoyée sur le réseau (revendue à EDF).
• En revente totale, il n’y a pas d’autoconsommation. L’intérêt est d’en tirer un complément de revenus. L’électricité consommée dans le logement est uniquement celle du réseau de distribution.

Les étapes de fonctionnement d’un capteur solaire photovoltaïque sont les suivantes :

1. la capture du rayonnement solaire est possible grâce aux cellules photovoltaïques. Lorsque la lumière du soleil frappe ces cellules, elle est absorbée par un semi-conducteur (généralement du silicium) et libère des électrons ;
2. la génération d’énergie électrique est permise grâce à la mise en mouvement des électrons à l’intérieur des cellules photovoltaïques. Pour cela, la cellule doit présenter une face négative et une autre positive. Le silicium qui se trouve en surface est donc chargé négativement avec du phosphore, et la face qui se trouve au dos de la cellule est « dopée » positivement avec du bore. Les électrons sont ainsi attirés d’un côté ou de l’autre, ce qui permet de générer leur mouvement et une énergie électrique ;
3. la conversion en électricité utilisable à l’aide d’un onduleur. Du courant alternatif est alors prêt à être utilisé pour alimenter les appareils électriques dans le logement.

Les capteurs solaires thermiques

Le capteur solaire thermique constitue une technologie ingénieuse. Ces panneaux exploitent le rayonnement du soleil pour produire de la chaleur. Celle-ci peut ensuite être utilisée pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS), le chauffage du logement ou celui de l’eau d’une piscine.

Voici le fonctionnement des capteurs solaires thermiques :

1. l’absorption de la lumière solaire via des tubes absorbeurs. Le plus souvent, ils sont placés sur une feuille en aluminium de couleur noire qui permet d’emprisonner la chaleur. Le système peut toutefois être un peu différent selon le modèle de capteur, comme nous le verrons un peu plus bas ;
2. le transfert de chaleur à un fluide caloporteur qui circule à travers le système. Ce fluide, généralement constitué d’eau ou d’un mélange eau-glycol, joue le rôle de transporteur ;
3. le stockage ou l’utilisation de la chaleur vers un ballon de stockage ou directement vers les émetteurs de chaleur (radiateurs à eau).

Les capteurs solaires peuvent être associés à différents équipements de production d’ECS et éventuellement de chauffage :

• le chauffe-eau solaire individuel (CESI) qui peut permettre de couvrir une partie des besoins annuels en eau sanitaire de votre foyer (de 50 à 80 % selon le nombre d’heure d’ensoleillement dans votre région) ;
• le système solaire combiné (SSC) qui permet de produire de l’eau chaude sanitaire et de chauffer le logement.

Les panneaux solaires hybrides

Le capteur solaire hybride (ou mixte) combine ces deux technologies, thermique et photovoltaïque. Nous pouvons là encore distinguer deux types de capteurs :

• les panneaux solaires hybrides aérovoltaïques qui intègrent un système de ventilation à la technologie photovoltaïque. Ainsi, la chaleur produite par le capteur peut être évacuée vers le logement en soufflant de l’air chaud. La récupération de cette chaleur permet de bénéficier d’un chauffage d’appoint, et aussi d’un système de rafraîchissement pour l’été. Cet équipement peut, en effet, être réversible ;
• les panneaux solaires hybrides hydrauliques utilisent aussi la chaleur des capteurs photovoltaïques. Ce système diffère toutefois de l’aérovoltaïque. C’est ici de l’eau qui circule dans les panneaux afin de récupérer la chaleur qu’ils émettent. Elle peut ensuite être envoyée dans le circuit de chauffage central du logement (radiateurs à eau ou plancher chauffant). Ce type de capteur solaire hybride permet aussi de produire de l’eau chaude sanitaire, contrairement aux modèles aérovoltaïques.

L’avantage que présentent les capteurs hybrides est aussi que le risque de surchauffe est limité. L’air ou l’eau qui récupère la chaleur permet aussi de refroidir le panneau qui peut vite monter en température en été.

Les panneaux solaires hybrides représentent une avancée remarquable dans la technologie solaire en combinant les avantages des capteurs solaires thermiques et des panneaux photovoltaïques. Voici le fonctionnement du capteur solaire hybride :

1. la capture de la lumière et l’absorption de la chaleur en parallèle. Comme avec des panneaux photovoltaïques classiques, les cellules convertissent le rayonnement du soleil en courant électrique. La chaleur des capteurs est, dans le même temps, récupérée par un ventilateur ou un système à eau ;
2. l’utilisation simultanée de l’électricité et de la chaleur. L’électricité est utilisée pour alimenter les appareils électriques du logement ou est envoyée sur le réseau. La chaleur, quant à elle, peut être utilisée pour le chauffage du logement, de l’eau sanitaire ou encore celui de la piscine.

Les panneaux solaires hybrides représentent donc une approche novatrice et efficace pour l’exploitation de l’énergie solaire. D’après une étude de l’ADEME (l’Agence de la transition écologique), les économies réalisables avec des capteurs aérovoltaïques seraient de 3 à 10 % pour un logement ancien avec un DPE (diagnostic de performance énergétique) en D. Pour une maison basse consommation, avec un DPE A, elles atteindraient 6 à 27 %.

Les différents types de capteurs photovoltaïques et thermiques

Quelle que soit la technologie du capteur solaire, différents modèles sont disponibles. Ils se distinguent notamment par les matériaux qui les composent. Quels sont-ils ? Leurs performances sont-elles équivalentes ? Voyons tout cela en détail !

Capteur solaire photovoltaïque : polycristallin ou monocristallin

90 % des modèles de capteur solaire photovoltaïque installés en France sont des panneaux polycristallins ou monocristallins :

• les panneaux polycristallins se caractérisent par leur couleur bleue non uniforme. Ces cellules photovoltaïques sont composées de plusieurs cristaux et peuvent afficher un rendement de 18 % selon les modèles ;
• les panneaux monocristallins sont reconnaissables avec leurs cellules d’un noir homogène. Cette technologie plus récente, avec un seul cristal, affiche un meilleur rendement (jusqu’à 25 %). Pour un même taux d’ensoleillement et une même installation, le capteur produit donc plus d’électricité. D’un point de vue esthétique, les panneaux monocristallins sont aussi davantage appréciés du fait de leur couleur uniforme qui s’intègre plus discrètement au bâti.

Selon votre situation, la question de l’intégration architecturale peut être essentielle. Vous pouvez être concerné si votre logement se situe en abord d’un monument historique ou d’un site patrimonial remarquable selon le Code du Patrimoine. Dans ce cas, l’installation de panneaux solaires doit faire l’objet d’une autorisation de l’Architecte des bâtiments de France. Si votre demande d’installation de capteurs photovoltaïques n’est pas acceptée, d’autres équipements plus discrets comme les tuiles solaires ou les ardoises photovoltaïques peuvent être plus adaptés.

Capteur solaire thermique : à plan vitré, non vitré ou sous-vide

Les capteurs thermiques peuvent se présenter sous différentes formes :

• les capteurs à plan vitré sont les plus couramment installés. Ils sont composés de tubes en métal (le plus souvent en cuivre ou en inox) protégés d’une couverture en verre et posés sur une plaque noire en aluminium. Le rôle de cette dernière est d’absorber la chaleur. La plaque de verre sert quant à elle de protection à ce système, tout en permettant d’optimiser la capture du rayonnement ;
• les capteurs non vitrés avec lesquels l’absorbeur, en métal ou en plastique noir, n’est pas protégé par une vitre. Ce type de panneau thermique est plus fragile et moins performant du fait de cette absence de protection et des matières moins robustes qui le composent ;
• les capteurs à tubes vitrés sous vide. Les tubes en verre sous vide qui les composent permettent de limiter les pertes de chaleur, et donc d’optimiser l’efficacité du système. Notez néanmoins que ces capteurs thermiques sont plutôt réservés au domaine industriel. Leur fragilité les rend plus difficiles à installer. Les capteurs à plan vitré restent donc les modèles les plus adaptés et les plus efficaces pour un particulier.

Si vous cherchez un système de chauffage solaire pour votre piscine, d’autres équipements sont spécialement conçus pour cet usage. Vous pouvez choisir entre un kit panneau solaire thermique pour piscine à poser au sol ou sur la toiture, un tapis ou un dôme chauffant, par exemple. Ces appareils sont uniquement reliés à la piscine pour son utilisation lors de la période estivale.

Quel budget pour des capteurs solaires ?

Le prix d’une installation solaire, pour produire de l’électricité et/ou de la chaleur, dépend surtout de la surface de capteurs nécessaires au projet. Le budget à prévoir varie donc selon les besoins du foyer. Plus ils sont importants, plus le nombre de panneaux à installer l’est aussi.

Le prix des panneaux solaires

Pour déterminer combien va vous coûter votre installation de panneaux solaires thermiques, photovoltaïques ou hybrides, il est d’abord nécessaire de savoir combien de capteurs doivent être installés. Pour cela, vous devez prendre en compte vos besoins et les caractéristiques de votre logement.

Si vous avez un projet d’autoconsommation avec des capteurs photovoltaïques, le plus simple est de vous baser sur la consommation annuelle en électricité de votre foyer (en kWh). Si vous souhaitez revendre le surplus de production, prenez aussi ce paramètre en considération.

Pour des capteurs solaires thermiques, le principe est assez similaire. Les besoins en eau chaude sanitaire, et dans certains cas en chauffage, sont à prendre en compte pour définir le nombre de panneaux thermiques à installer. En fonction de ce que vous recherchez, vous pourrez choisir entre un chauffe-eau solaire individuel et un système solaire combiné (qui produira aussi du chauffage pour le logement). Un appareil produisant de l’ECS et du chauffage nécessite davantage de capteurs que pour l’eau sanitaire seule.

Pour vous faire une idée précise du prix de votre projet, demandez conseil à un professionnel qualifié. Il prendra en compte tous les facteurs qui influent sur la consommation d’électricité et/ou de chaleur de votre foyer :

• la surface de votre logement ;
• la qualité de son isolation ;
• le nombre d’occupants ;
• la consommation annuelle d’ECS ;
• les différents appareils électroménagers utilisés, etc..

Voici des prix indicatifs pour 1 m² de capteur selon les différentes technologies et modèles :

Notez qu’un capteur solaire classique fait environ 2 m². Pour des capteurs thermiques, pensez à ajouter le prix du dispositif de chauffage d’appoint (un autre chauffe-eau, une chaudière au gaz, fioul, bois ou une pompe à chaleur). Il faut aussi éventuellement prévoir le coût de la dépose de l’ancien chauffe-eau.

Pour ce qui est de la main-d’œuvre, les tarifs diffèrent selon la difficulté de mise en œuvre de l’installation. En fonction des artisans, les prix peuvent aussi grandement varier. N’hésitez pas à demander plusieurs devis. Dans tous les cas, assurez-vous de faire appel à un professionnel certifié RGE (Reconnu garant de l’environnement). Il s’agit aussi d’une condition pour bénéficier de toutes les aides financières à la rénovation. Comme nous allons le voir, certaines peuvent vous être accordées pour votre installation solaire !

Quelles aides financières pour des capteurs solaires ?

Le coût des capteurs solaires vous freine ? Vous pouvez bénéficier d’aides financières pour votre projet ! Plusieurs dispositifs peuvent vous permettre d’alléger le montant de votre investissement, pour du solaire photovoltaïque, thermique ou hybride :

Optimiser les performances d’un capteur solaire

Avant d’installer des panneaux solaires, il est indispensable de prendre en compte certains critères qui permettent de maximiser leur efficacité. Une fois installés, assurez-vous aussi de les entretenir régulièrement pour garantir leur bon rendement.

Quelle orientation et inclinaison pour un panneau solaire ?

Comme nous l’avons déjà évoqué plus haut, le bon dimensionnement des capteurs est primordial, mais le nombre de panneaux solaires ne dépend pas uniquement des besoins du foyer en électricité, ECS et/ou chauffage. Les particularités du logement et les possibilités pour l’installation sont aussi à considérer :

• le nombre d’heures ensoleillement dans votre région. Le rendement n’est pas le même dans le sud et le nord de la France. Toutefois, rien ne vous empêche d’installer des capteurs solaires dans une région moins ensoleillée. Par exemple, avec du solaire thermique, un CESI peut couvrir les besoins en ECS d’un foyer à hauteur de 45 % à Metz, 55 % à Nantes et 70 % dans le Sud-Est ;

• l’orientation de la toiture ou du terrain si vous installez vos capteurs au sol. Dans l’idéal, les panneaux sont exposés plein sud. Néanmoins, une orientation à l’ouest ou à l’est permet aussi d’obtenir des résultats satisfaisants au niveau des performances ;
• l’inclinaison des capteurs doit de préférence être de 30 à 45° par rapport à l’horizontale. Si la configuration de votre logement ne permet pas d’obtenir une telle installation, une inclinaison allant jusqu’à 60° offre aussi de bonnes performances ;

• les éventuelles ombres qui peuvent se créer au fil du déplacement du soleil (arbres, cheminée, etc.). Pour profiter d’un système solaire optimal, il est important d’éviter au maximum ces masques solaires.

Comme pour le dimensionnement de vos capteurs, suivez les conseils d’un professionnel qualifié pour déterminer le meilleur emplacement pour les installer.

Le bon entretien des capteurs solaires

L’entretien des capteurs solaires est assez peu contraignant. Il n’y a d’ailleurs aucune obligation légale qui l’encadre. Le négliger risquerait toutefois d’impacter les performances de l’installation. Veillez donc à bien suivre les recommandations du fabricant.

En général, il est conseillé de faire contrôler son installation photovoltaïque, thermique ou hybride par un professionnel au moins une fois tous les 2 ans. Un nettoyage des capteurs solaires est aussi recommandé une fois par an. Vous pouvez le faire à la sortie de l’hiver, juste avant que les jours ne rallongent. C’est à ce moment-là que les panneaux seront plus sollicités. Il suffit alors d’enlever les éventuels résidus qui se seraient collés sur les capteurs (feuilles, pollution, poussière, etc.). Cette tâche est assez simple à réaliser si vos panneaux sont posés au sol. En revanche, ne prenez pas de risques s’ils sont installés sur votre toiture. Vous pouvez faire appel à un professionnel.

L’entretien des panneaux solaires permet également de leur garantir une bonne durée de vie. À ce propos, pour des capteurs solaires de qualité, elle est en général estimée entre 20 et 30 ans. La garantie constructeur s’étend souvent jusqu’à 10 ans.

Les avantages et inconvénients des capteurs solaires

Installer des capteurs solaires peut être très intéressant. Récapitulons ensemble les points forts et les points faibles de ce type d’installation :