ENERGIE SOLAIRE
Install Magazine 972 – octobre 2020
Possibilités des panneaux solaires hybrides
Résultats de l’IEA SHC Task 60
Outre les capteurs solaires thermiques et les panneaux photovoltaïques bien connus, il existe aussi une forme combinée de panneaux, fournissant à la fois de la chaleur et de l’électricité. Cette variante, connue sous le sigle PVT (photovoltaïque et thermique), a l’avantage de convertir une partie bien plus grande du rayonnement solaire en énergie utilisable que les panneaux photovoltaïques ou thermiques pris séparément. Pour étudier les possibilités de cette technique, un projet de recherche a été mis en place dans le cadre du programme Solar Heating and Cooling (SHC) de l’Agence internationale de l’énergie (ou en anglais IEA/International Energy Agency). Ce projet, baptisé du nom de Task 60, s’achève cette année. Nous pouvons déjà en dévoiler certaines conclusions.
1 + 1 font parfois plus que 2
Lorsque l’on voulait utiliser l’énergie solaire, on se trouvait traditionnellement devant le choix de produire soit de la chaleur, soit de l’électricité. Les panneaux photovoltaïques convertissent moins de rayonnement solaire en énergie, mais l’électricité qu’ils génèrent est facilement utilisable. Les capteurs solaires thermiques fournissent plus de kWh, mais cette énergie ne peut être consommée utilement que s’il existe une demande de chaleur. De plus, l’utilisation de la chaleur générée est plus limitée que pour l’électricité. En optant pour des panneaux solaires hybrides PVT, on fait d’une pierre deux coups. Hormis la partie de la lumière solaire convertie en électricité verte, ces panneaux utilisent un complément du spectre solaire pour générer de la chaleur. On obtient ainsi de très intéressants rendements au mètre carré.
Comparons deux installations sur un toit de 42 m
Cependant, les chiffres ci-dessus indiquent également une limitation : bien que le rendement total des panneaux PVT soit plus élevé, les panneaux PV spécifiques et les capteurs solaires thermiques sont plus efficaces lorsqu’il s’agit de produire respectivement de l’électricité et de la chaleur. Dans cet exemple, les capteurs solaires thermiques génèrent en effet, 759 kWh/m
Le gain de rendement d’un panneau PVT réside dans la combinaison. Le choix entre panneaux hybrides ou spécifiques dépend de l’application. Si l’on n’a besoin que de chaleur ou que d’électricité, il vaut mieux installer des capteurs ou panneaux solaires spécifiques. Si l’on a besoin des deux, les panneaux solaires hybrides PVT ont toute leur place. De plus, la surface disponible joue également un rôle. Si vous souhaitez produire le gain d’énergie solaire maximal à partir d’une surface limitée, les panneaux PVT sont recommandés.
Pour quelles applications ?
Les panneaux PVT forment une combinaison intéressante avec les pompes à chaleur géothermiques. L’électricité peut être utilisée pour entraîner la pompe à chaleur, tandis que la source peut être régénérée en été grâce à la chaleur du soleil. De ce fait, les dimensions du champ de forage peuvent être plus petites. Les panneaux PVT sont également un bon complément à d’autres types de pompes à chaleur eau-eau, par exemple pour la régénération d’une installation avec stockage de glace.
En fonction du régime de température, d’autres applications sont également envisageables. Les options les plus évidentes pour les panneaux PVT standards sont le chauffage d’une piscine, la production d’ECS et un complément de chauffage. Avec des panneaux pour températures plus élevées, on peut également penser à des applications relatives à la chaleur industrielle. L’agriculture offre également des possibilités. On peut citer en exemple une serre équipée de panneaux PVT, où l’eau chaude est utilisée pour le chauffage au niveau des plantes et où l’électricité alimente toutes sortes de systèmes auxiliaires, tels que des ventilateurs. Les panneaux PVT peuvent également servir de source de chaleur directe pour une pompe à chaleur, via un ballon tampon.
De nombreuses variantes
Les panneaux PVT existent en différents types et dimensions. Les plus connus sont des modules PV standards sous lesquels est fixé un réseau de tubes permettant d’évacuer la chaleur. Comme autre variante courante, on trouve des panneaux non vitrés baptisés WISC. C’est l’acronyme de « Wind Infrared Sensitive Collector », ou « collecteur sensible au vent et à l’infrarouge ». Ces derniers ont l’avantage de pouvoir absorber également la chaleur de l’air extérieur ambiant. À l’inverse, ils peuvent être employés la nuit au refroidissement passif. Toutefois ils ont l’inconvénient d’atteindre des températures moins élevées que les autres types. Si l’on désire des températures élevées, on peut opter pour des capteurs équipés de miroirs concentrateurs. Ceux-ci renvoient toute la lumière du soleil sur un collecteur central spécial, refroidi par un liquide et équipé de modules photovoltaïques à haut rendement (jusqu’à 44%). De tels collecteurs permettent des températures de fonctionnement allant jusqu’à 170°C.
Parmi tous ces types, il existe encore de nombreuses variantes. Il y a, sur le marché, plusieurs options pour chaque composant d’un panneau solaire PVT : le type de module PV, l’échangeur de chaleur, la fixation, l’isolation, le châssis, plat ou équipé d’un miroir parabolique, fixe ou mobile avec suivi solaire… Cela veut dire aussi que le rendement énergétique et économique des installations PVT est très disparate. L’énergie produite et le coût d’installation peuvent varier considérablement en fonction de la technologie.
Plafonnement des parts de marché
Jusqu’à présent, les installations PVT ne représentent qu’une petite part de marché. La totalité du parc installé est estimée à deux millions de mètres carrés, comparés aux 180 millions de mètres carrés de capteurs solaires thermiques seuls. Un certain nombre de facteurs freinent la diffusion de cette technologie.
Comme plusieurs autres systèmes d’énergie renouvelable innovants, les panneaux PVT doivent surmonter deux handicaps. Le premier est le prix bas des combustibles fossiles, et le second est un manque de notoriété sur le marché. Trop peu encore d’installateurs et de bureaux d’études connaissent les possibilités des panneaux PVT, ce qui signifie que cette technique est moins présente dans les projets. De plus, l’installation est plus complexe que lorsque l’on opte uniquement pour l’électricité ou pour le chauffage.
Le plus gros obstacle, cependant, est une valorisation bancale dans la législation. Surtout sur le marché résidentiel, les décisions d’investissement se prennent principalement en fonction des règles de performance énergétique : combien rapporte une intervention sur le plan de l’indice de performance énergétique ? Existe-t-il des subsides ou d’autres mesures de soutien ? Quel est le système de compensation pour l’électricité verte ou la chaleur verte ? Quelle est l’écart de prix entre l’électricité et les combustibles fossiles ? De telles considérations déterminent le marché dans toute l’Europe. Tant qu’un cadre adapté ne sera pas introduit dans la législation, il n’y aura pas de percée pour le PVT.
IEA SHC Task 60
Le projet de recherche IEA SHC Task 60 a pour objectif de réunir des connaissances concernant les panneaux PVT et souhaite attirer davantage l’attention sur cette technologie. Cela a conduit à un certain nombre de publications, comme une synthèse des techniques disponibles, accompagnée d’exemples concrets. En outre, les performances des panneaux PVT ont été également répertoriées, afin de fournir aux concepteurs une ligne directrice lors du développement d’une installation. Le projet gère également une page sur Wikipédia ; il est présent sur les réseaux sociaux et a organisé un webinaire sur le sujet.
Par Alex Baumans
Figures : IEA SGC Task 60
