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Tout comprendre à l’énergie solaire et à son utilisation

Énergie solaire qu’est-ce que c’est ? Et comment l’exploiter ?

Selon le rapport d’un cabinet indépendant Ember, la production solaire mondiale a enregistré une hausse de 23 % en 2021. Avec l’énergie éolienne, l’énergie solaire représente plus de 10% de la production d’électricité mondiale en 2021. Plus précisément qu’est-ce que l’énergie solaire ? Quelle est la différence entre le solaire thermique et le photovoltaïque ? Comment fonctionnent ces dispositifs ? Quel est l’avantage du solaire par rapport aux autres sources d’énergie ?

Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

L’énergie solaire fait partie des énergies renouvelables. Elle est générée, comme son nom le laisse présumer, grâce au soleil. Les rayons de ce dernier sont collectés grâce à des capteurs, notamment installés sur un toit ou au sol, et sont transformés en une énergie qui peut servir à des fins domestiques, dans le secteur agricole ou dans les entreprises.

Une énergie primaire

L’énergie solaire est une énergie primaire. Selon la définition de l’INSEE « L’énergie primaire est l’ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés. Ce sont principalement le pétrole brut, les schistes bitumineux, le gaz naturel, les combustibles minéraux solides, la biomasse, le rayonnement solaire, l’énergie hydraulique, l’énergie du vent, la géothermie et l’énergie tirée de la fission de l’uranium ». Elle sert à produire des énergies secondaires comme de la chaleur ou de l’électricité.

Que peut-on faire avec de l’énergie solaire ?

L’énergie solaire peut être convertie :

  • en l’électricité, via le photovoltaïque ;
  • ou en la chaleur, via le thermique.

Certains modules comme les panneaux solaires hybrides cumulent les deux technologies. Ils permettent de produire de l’électricité mais aussi de la chaleur.

Comment produire de l’énergie solaire ?

L’énergie solaire peut être utilisée de différentes manières, comme indiqué juste au-dessus.  Pour produire de l’énergie solaire chez vous, vous devez donc installer des panneaux solaires thermiques ou photovoltaïques en fonction de vos besoins. La plupart du temps, ceux-ci sont installés sur un toit ou posés au sol. Ces panneaux solaires peuvent capter les rayons et les transformer en électricité ou en chaleur. Voyons comment fonctionnent ces technologies.

L’énergie solaire thermique : fonctionnement et technologies

L’énergie solaire thermique permet de produire de l’eau chaude sanitaire (ECS), mais aussi d’assurer votre chauffage. Pour ce faire, les capteurs installés dans les panneaux collectent la chaleur des rayons, qui sera ensuite transmise à un liquide caloporteur. Suivant l’utilisation, ce dernier va être utilisé pour chauffer l’eau sanitaire d’un chauffe-eau solaire par exemple ou pour votre système de chauffage, dans les radiateurs ou le circuit d’un chauffage au sol.

Plusieurs capteurs existent pour l’énergie solaire thermique.

Les capteurs à plans vitrés  

Il s’agit des capteurs les plus installés car ils sont adaptés à un usage courant. Ils sont composés d’une vitre teintée noire, qui sert à capter la chaleur. Ces capteurs peuvent produire de l’eau entre 50°C et 90°C, pour les capteurs à double vitrage, selon l’ADEME.

Les capteurs non vitrés

Il s’agit de capteurs souples et peu coûteux. Ils sont un peu moins performants, notamment en hiver mais permettent tout de même de chauffer de l’eau jusqu’à environ 30°C. Ceux-ci sont plus souvent utilisés pour chauffer l’eau d’une piscine que pour l’eau chaude sanitaire.

Les capteurs sous vide

Plus fragiles et plus coûteux, les capteurs sous vide sont composés de tubes sous vide d’air. Leur technologie plus avancée leur permet d’être plus performants, via une meilleure isolation et une réduction des pertes de chaleur. Ils peuvent produire de l’eau jusqu’à 120°C dans les meilleurs cas. Mais ils sont plus fragiles, leur rendement peut vite chuter en cas d’usure ou de perte d’étanchéité.

Le solaire photovoltaïque : fonctionnement et équipement

Le solaire photovoltaïque permet de transformer l’énergie du soleil en électricité. Les panneaux solaires sont constitués de cellules photovoltaïques en silicium. Sous l’action du rayonnement solaire, elles s’activent et se mettent à produire un courant continu. Il passe par un onduleur photovoltaïque qui le transforme en courant alternatif. Il peut ensuite être réinjecté dans le réseau.

Comme pour le solaire thermique, plusieurs technologies existent dans le solaire photovoltaïque.

Le silicium monocristallin

Ici, les cellules sont composées d’un grand cristal de silicium, découpé en fines tranches. Celles-ci sont ensuite disposées dans une enveloppe, souvent en plastique ou en verre. Ces cellules offrent un rendement particulièrement élevé autour de 20 %.

Pour rappel, le rendement d’un panneau solaire correspond à la quantité d’énergie produite par rapport à la quantité d’énergie reçue. Plus il est proche de 100%, plus le dispositif est performant.

Le silicium polycristallin

Il s’agit là de panneaux formés de plusieurs cristaux de silicium. Ces cellules offrent un rendement un peu inférieur à celles d’un panneau monocristallin. Il est d’environ 17 %. En général, ils font preuve d’un coût moins élevé.

Le silicium amorphe

Ici, les panneaux sont souples et même pliables, parfois appelés « à couche mince ». Ils peuvent donc être installés partout et facilement. La quantité de silicium nécessaire à sa fabrication est bien inférieure à celle des polycristallins ou des monocristallins. Le rendement est donc plus faible. Il se situe autour de 7 %. Légers, ils sont plutôt utilisés pour un usage nomade.

Le solaire hybride : coupler photovoltaïque et thermique

Des panneaux solaires hybrides, qui combinent les technologies photovoltaïques et thermiques, font leur apparition et se développent. Ces modules permettent de produire de l’électricité mais aussi de chauffer un logement.

La face avant du module solaire est équipée de cellules photovoltaïques qui servent à fabriquer de l’électricité. La face arrière est équipée de capteurs thermiques qui peuvent récupérer la chaleur du soleil pour favoriser la production d’eau chaude sanitaire ou du chauffage.

Le rendement des panneaux hybrides peut monter jusqu’à 60 % selon certains fabricants. Mais, leurs prix restent encore élevés. Il peut être 30 % à 40 % supérieur à celui d’une installation photovoltaïque classique.

Les avantages du solaire comparé aux autres sources d’énergie

L’énergie solaire présente plusieurs avantages lorsqu’on le compare aux autres sources de chauffage ou d’approvisionnement en électricité. Quels sont-ils ?

Une énergie verte

C’est tout d’abord l’aspect écologique qui différencie l’énergie solaire des autres. L’énergie solaire fait partie des énergies renouvelables, présente en quantité illimitée.

L’énergie du soleil produite par les panneaux rejette très peu de CO2. Ce gaz à effet de serre est le principal contributeur au réchauffement climatique. Selon l’Agence Parisienne du Climat, il représente 77 % des émissions de gaz à effet de serre dans le monde.

En cela, la production d’électricité verte via le photovoltaïque ou de chaleur via le thermique est peu carbonée. Cela n’est pas le cas de nombreuses énergies fossiles encore utilisées, notamment le charbon, le gaz naturel ou le pétrole.

D’après l’ADEME, produire un kWh d’électricité avec le photovoltaïque émet 55 grammes de CO2 contre 1 060 grammes pour le charbon et 730 grammes pour le fioul.

Une durée de vie intéressante

Comparé à plusieurs autres éléments énergétiques, les panneaux solaires ont une durée de vie très intéressante, ce qui en fait un investissement rentable et durable. En effet, un panneau solaire à une durée de vie estimée à 30 ans en moyenne. Cela est bien plus important que certains autres systèmes d’approvisionnement en électricité ou en eau chaude. Par exemple, une chaudière à gaz présente une durée de vie comprise entre 10 ans et 20 ans. De son côté, une pompe à chaleur (PAC) présente une longévité de 15 à 20 ans.

Bon à savoir : Pour prolonger la durée de vie de votre installation, il faut tout de même penser à bien entretenir vos panneaux et à les faire réviser.

Une recyclabilité importante

Les panneaux solaires sont presque totalement recyclables une fois leur longue vie terminée. D’après Soren (ex-PV Cycle), l’éco-organisme en charge du recyclage des panneaux photovoltaïques en France, 94% d’un panneau solaire peut être recyclé.

Une facilité d’installation

Les panneaux solaires photovoltaïques sont faciles à installer en toiture. En outre, ils peuvent valoriser des espaces traditionnellement peu exploités comme les parkings ou les friches industrielles. Ces zones sont un gisement de production d’électricité. Selon l’ADEME, « au total, on estime le potentiel à 53 GWc, réparti à 93 % sur les zones délaissées (49 GWc) et à 7 % sur les parkings (4 GWc) ».

Une énergie qui favorise l’indépendance énergétique

L’énergie solaire permet de favoriser l’indépendance énergétique des ménages et des professionnels. En effet, en installant des panneaux solaires photovoltaïques sur son toit on peut produire de l’électricité. De la même manière, on peut aussi produire de la chaleur et de l’eau chaude sanitaire pour rendre sa maison plus autonome.

A titre d’exemple, en couplant un chauffe-eau thermodynamique à des panneaux solaires photovoltaïques, on peut couvrir jusqu’à 80 % des besoins d’un foyer en eau chaude. De cette manière, on peut s’affranchir en partie des énergies fossiles, comme le gaz naturel ou le fioul.

Une réduction des factures énergétiques

Outre le gain d’autonomie, l’installation de panneaux solaires permet de réduire ses dépenses en énergie. En installant des panneaux photovoltaïques sur son toit un ménage peut diminuer sa facture d’électricité de 53 % en moyenne. Cela peut monter jusqu’à 70 % avec un gestionnaire d’énergie.

Augmentation du prix de votre bien immobilier

Vous avez installé des panneaux solaires et comptez revendre votre maison ? Cette installation solaire va augmenter la valeur de votre bien. L’installation d’un système de chauffage solaire ou de panneaux solaires photovoltaïque permet de renforcer l’efficacité énergétique du bâtiment.

Ce faisant, on peut améliorer le Diagnostic de Performance Énergétique (DPE) d’un logement. Cela peut constituer un argument de vente supplémentaire. Selon une étude de Notaires de France, en 2017 « les maisons anciennes d’étiquette énergie A-B se sont vendues en moyenne de 6 % à 14 % plus cher que les maisons d’étiquette D ».

Quelques chiffres sur l’énergie solaire en France et dans le monde

L’énergie solaire se développe à grande vitesse. Où en est-on du développement ? Quelles sont les perspectives pour les années à venir ? Voici quelques chiffres sur l’énergie solaire en France et dans le monde.

Des capacités solaires en hausse

Selon le bilan 2021 de RTE, l’énergie solaire photovoltaïque représente un peu moins de 2,7 %  du mix énergétique français. La France apparaît comme un peu en retard en la matière comparé à ses voisins européens. En Espagne, le solaire représente 5,6 % du mix énergétique. En Belgique, le photovoltaïque constitue environ 5,1 % de la production d’électricité.

Toutefois, la production photovoltaïque est croissante et est amenée à se développer davantage.

D’après RTE « En 2021, le rythme de développement du solaire a fortement évolué à la hausse avec près de 2,7 GW nouvellement installés, soit trois fois plus que le rythme moyen observé ces dernières années. La production solaire a augmenté de 13 % par rapport à 2020 (14,3 TWh). »

Entre 2020 et 2021, la capacité du parc solaire photovoltaïque a augmenté de 0,82 GW pour atteindre 10,22 GW de production. En 2019, cette capacité était de 9,4 GW, soit 10,4 % de plus par rapport à 2018.

Un essor de l’autoconsommation chez les particuliers

Selon les données d’Enedis, le gestionnaire du réseau de distribution d’électricité en France, environ 100 000 ménages avaient fait le choix de l’autoconsommation en 2021. Il n’était que 3 000 en 2015. L’autoconsommation photovoltaïque connaît donc un essor important.

Cette croissance devrait se poursuivre. Selon RTE, à horizon 2030, 4 millions de logements pourraient être équipés de panneaux solaires photovoltaïques. Sur les 36,2 millions de logements que compte la France métropolitaine, cela représente environ un ménage sur 9.

Le développement des fermes solaires

Une centrale solaire, également appelée ferme solaire, désigne un ensemble de panneaux photovoltaïques installés au même endroit. Des terrains d’un ou plusieurs hectares leur sont, en général, dédiés. Ces centrales solaires sont raccordées au réseau et peuvent fournir les ménages et entreprises en électricité verte.

Plusieurs centrales sont installées en France.  Au premier trimestre 2022, on compte environ 587 559 installations photovoltaïques au total dans l’Hexagone, selon PV Magazine.

La création de centrales thermodynamiques

Les centrales thermodynamiques ont vocation à convertir les rayons du soleil en chaleur. La chaleur accumulée peut ensuite permettre de créer de l’hydrogène et même de l’électricité.

Plusieurs types de centrales thermodynamiques existent : les centrales à miroirs cylindro-paraboliques (linéaire), les centrales solaires à miroirs de Fresnel (linéaire), les centrales à tour (par foyer) ou encore les centrales à miroir parabolique Dish-Stirling.

En France, on en développe assez peu. En effet, le climat est souvent trop doux pour assurer une production suffisante. Comme le souligne l’ADEME « Dans les zones les plus favorables à l’utilisation de l’énergie solaire concentrée, l’ensoleillement direct est supérieur à 2 000 kWh/m²/an. » Dans l’Hexagone, on monte rarement au-dessus de 1350 kWh/m²/an. Il existe un seul projet thermodynamique : la centrale de Thémis dans les Pyrénées-Orientales.

Il se développe ailleurs dans le monde, notamment en Espagne et aux Etats-Unis. En effet, le rendement de ces centrales peut dépasser 30 % alors que le rendement des panneaux solaires photovoltaïques monocristallins, les plus performants, se situe autour de 18 %.

Une hausse mondiale de la production solaire

L’énergie solaire connaît également un essor mondial. Selon l’Agence Internationale de l’Energie (AIE), les ajouts de capacités de production d’électricité à base d’énergie ont établi un record en 2021. Au niveau mondial, près de 290 Gigawatts d’énergies renouvelables ont été ajouté entre 2020 et 2021. C’est avant tout du fait de l’énergie solaire photovoltaïque. Selon l’AIE, le solaire photovoltaïque représente à lui seul plus de la moitié des nouvelles infrastructures d’énergies renouvelables en 2021, suivi par l’éolien et l’hydroélectricité.

Cette hausse devrait se poursuivre dans les années à venir. Selon l’AIE « Le photovoltaïque solaire est en train de devenir l’option la moins coûteuse pour la production d’électricité dans la plupart des pays du monde, ce qui devrait propulser les investissements dans les années à venir ».

 

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QUESTIONS FRÉQUENTES

En combien de temps est rentable une installation photovoltaïque en autoconsommation ?

Cela dépend de l’ensoleillement de la région, du budget de l’investissement, de la puissance installée en kWc et de vos habitudes de consommation. En général, il faut compter environ 10 ans à 15 ans pour rentabiliser l’installation de panneaux solaires photovoltaïques.

Existe-t-il des aides pour les panneaux solaires photovoltaïques ?

Oui, il est possible de profiter d’une prime à l’autoconsommation lorsque l’on installe des panneaux solaires photovoltaïques sur la toiture. Cette prime est versée tous les ans, pendant cinq ans. Elle peut monter jusqu’à 380 € par kWc pour une installation inférieure ou égale à 3 kWc.

En outre, il est possible de vendre à EDF OA (Obligation d’achat) le surplus d’électricité produite. Le contrat est signé sur 20 ans à un prix fixé en amont par l’Etat. Cette énergie non consommée est injectée dans le réseau et peut servir à alimenter les entourages.

Bon à savoir : Pour les projets de plus de 500 kWc, des appels d’offre sont lancés et publiés par la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE).

Existe-t-il des aides pour les panneaux solaires thermiques ?

Pour son aspect écologique, l’installation de panneaux solaires est encouragée. Des aides financières sont notamment mises en place pour inciter les ménages à se lancer. C’est notamment le cas de la Prime Énergie, lancée dans le cadre des Certificats d’Economies d’Energie (CEE). Elle peut notamment permettre de financer un chauffe-eau solaire individuel (CESI) ou un système solaire combiné (SSC).

On peut cumuler cette aide avec MaPrimeRénov’ de l’Agence Nationale de l’Habitat (ANAH). Cette subvention encourage les travaux de rénovation énergétique.

Il est également possible de bénéficier d’un Éco-Prêt à taux zéro (ou Éco-PTZ). Un prêt avantageux qui se rembourse sans intérêt. Enfin, n’hésitez pas à vous renseigner auprès d’organismes locaux, qui pourraient avoir mis en place des aides pour vous inciter à faire des économies d’énergie (votre commune, département ou région par exemple).

Et vous ? Quelles économies pourriez-vous réaliser ?

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