Les panneaux solaires hybrides combinent les technologies photovoltaïque et thermique pour produire simultanément de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire. Ils optimisent l’utilisation de l’énergie solaire et offrent une meilleure efficacité énergétique. Leur fonctionnement repose sur des cellules photovoltaïques et un système thermique intégré utilisant un fluide caloporteur. Les avantages des panneaux hybrides incluent un encombrement réduit, un meilleur refroidissement des cellules, une durée de vie prolongée et une réduction des émissions de gaz à effet de serre. Ils constituent une solution énergétique intéressante pour les applications résidentielles, commerciales et industrielles.
Fonctionnement des panneaux solaires hybrides
Le fonctionnement des panneaux solaires hybrides repose sur la combinaison de deux technologies : le photovoltaïque et le solaire thermique. Cette association permet de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur à partir de l’énergie solaire, optimisant ainsi l’utilisation de cette ressource renouvelable. Voici un aperçu détaillé du fonctionnement de ces panneaux :
- Cellules photovoltaïques : Les panneaux solaires hybrides intègrent des cellules photovoltaïques, généralement en silicium, qui convertissent la lumière du soleil en électricité. Lorsque les photons frappent la surface du panneau, ils transfèrent leur énergie aux électrons présents dans les cellules. Ces électrons sont alors mis en mouvement, créant un courant électrique continu (CC) qui est collecté par les contacts métalliques.
- Capteurs solaires thermiques : En plus des cellules photovoltaïques, les panneaux hybrides contiennent des capteurs solaires thermiques. Ces capteurs absorbent la chaleur du soleil et la transfèrent à un fluide caloporteur, généralement de l’eau ou un mélange d’eau et de glycol, qui circule dans des tubes situés à l’arrière des panneaux. La chaleur captée peut ensuite être utilisée pour chauffer l’eau sanitaire ou alimenter un système de chauffage central.
- Refroidissement des cellules : L’un des défis des panneaux solaires photovoltaïques traditionnels est leur sensibilité à la température. En effet, plus la température des cellules augmente, plus leur rendement diminue. Dans les panneaux solaires hybrides, la présence des capteurs solaires thermiques permet de refroidir les cellules photovoltaïques en évacuant la chaleur qu’elles produisent. Cette régulation thermique améliore l’efficacité énergétique des cellules et prolonge leur durée de vie.
- Conversion de l’énergie : L’électricité produite par les cellules photovoltaïques doit être convertie en courant alternatif (CA) pour être compatible avec les appareils électriques domestiques et le réseau électrique. Un onduleur est donc utilisé pour transformer le courant continu en courant alternatif. De plus, un système de contrôle et de régulation permet de gérer la distribution de l’énergie produite, entre la consommation directe, le stockage dans des batteries, ou l’injection sur le réseau électrique.
Types de panneaux solaires hybrides
Il existe différents types de panneaux solaires hybrides, en fonction de la manière dont les technologies photovoltaïques et thermiques sont combinées. Les deux principaux types de panneaux solaires hybrides sont les panneaux à air et les panneaux à eau. Voici une description détaillée de ces deux types :
Panneaux solaires hybrides à air (PVT-air) :
Les panneaux solaires hybrides à air intègrent un système de ventilation derrière les cellules photovoltaïques. L’air circule à travers cet espace et absorbe la chaleur produite par les cellules, qui est ensuite utilisée pour chauffer l’intérieur d’un bâtiment ou pour préchauffer l’air entrant dans un système de ventilation mécanique contrôlée (VMC).
Le principal avantage des panneaux solaires hybrides à air réside dans leur simplicité et leur facilité d’installation. Ils ne nécessitent pas de système de tuyauterie ou de fluide caloporteur, ce qui réduit les coûts et les risques de fuite. Toutefois, leur rendement thermique est généralement inférieur à celui des panneaux solaires hybrides à eau.
Panneaux solaires hybrides à eau (PVT-eau) :
Les panneaux solaires hybrides à eau sont équipés de tubes contenant un fluide caloporteur (généralement de l’eau ou un mélange d’eau et de glycol) situés à l’arrière des cellules photovoltaïques. La chaleur produite par les cellules est transférée au fluide, qui circule ensuite dans un système de chauffage central ou un ballon d’eau chaude pour chauffer l’eau sanitaire.
Les panneaux solaires hybrides à eau présentent un rendement thermique plus élevé que les panneaux solaires hybrides à air, car le fluide caloporteur est plus efficace pour capter et transporter la chaleur. Toutefois, leur installation est généralement plus complexe et coûteuse, car elle nécessite un système de tuyauterie et un échangeur de chaleur pour transférer la chaleur du fluide caloporteur à l’eau sanitaire ou au système de chauffage.
Avantages des panneaux solaires hybrides
Les panneaux solaires hybrides combinent les technologies photovoltaïque et thermique pour produire à la fois de l’électricité et de la chaleur. Ils présentent plusieurs avantages et inconvénients par rapport aux panneaux solaires photovoltaïques ou thermiques purs.
Avantages des panneaux solaires hybrides :
- Efficacité énergétique accrue : Les panneaux solaires hybrides permettent d’utiliser une plus grande partie de l’énergie solaire en produisant simultanément de l’électricité et de la chaleur. Cela rend ces panneaux plus efficaces que les panneaux photovoltaïques ou thermiques seuls.
- Gain de place : Les panneaux solaires hybrides permettent d’optimiser l’espace sur le toit ou la surface d’installation, car ils remplacent deux systèmes distincts par un seul. Cela peut être particulièrement utile dans les zones urbaines où l’espace est limité.
- Amélioration des performances photovoltaïques : La récupération de la chaleur produite par les cellules photovoltaïques permet de réduire leur température de fonctionnement. Les cellules photovoltaïques ont une meilleure efficacité à des températures plus basses, ce qui améliore légèrement la production d’électricité par rapport aux panneaux photovoltaïques traditionnels.
Inconvénients des panneaux solaires hybrides :
- Coût : Les panneaux solaires hybrides sont généralement plus coûteux que les panneaux photovoltaïques ou thermiques seuls, en raison de la complexité de leur fabrication et de leur installation. Toutefois, les économies d’énergie réalisées sur le long terme peuvent compenser ce coût initial plus élevé.
- Complexité de l’installation : L’installation des panneaux solaires hybrides peut être plus complexe que celle des panneaux photovoltaïques ou thermiques seuls, en particulier pour les panneaux hybrides à eau. Cela peut entraîner des coûts d’installation plus élevés et nécessiter l’intervention de professionnels spécialisés.
- Entretien : Les panneaux solaires hybrides, en particulier ceux à eau, peuvent nécessiter un entretien plus régulier pour assurer leur bon fonctionnement. Le système de tuyauterie et le fluide caloporteur doivent être vérifiés et entretenus pour éviter les fuites et les problèmes de performance.
Comparaison hybrides / photovoltaïque / thermique
Pour illustrer la comparaison entre les panneaux solaires hybrides et les panneaux photovoltaïques et thermiques traditionnels, prenons l’exemple d’une maison unifamiliale située dans le sud de la France. La maison a une surface de toiture de 30 m² disponible pour l’installation de panneaux solaires. L’objectif est de couvrir les besoins en électricité et en eau chaude sanitaire.
- Panneaux photovoltaïques traditionnels : Supposons que l’on installe 30 m² de panneaux photovoltaïques monocristallins avec une efficacité de 20 %. Cette installation pourrait produire environ 6 kWp (kilowatt-crête) d’électricité. Toutefois, cette installation ne couvrirait pas les besoins en eau chaude sanitaire.
- Panneaux solaires thermiques traditionnels : En installant 30 m² de panneaux solaires thermiques traditionnels, on pourrait couvrir une grande partie des besoins en eau chaude sanitaire de la maison. Cependant, cette installation ne générerait pas d’électricité pour alimenter les autres appareils électriques.
- Panneaux solaires hybrides : En choisissant d’installer 30 m² de panneaux solaires hybrides avec une efficacité photovoltaïque de 18 % et une efficacité thermique de 55 %, on pourrait générer environ 5,4 kWp d’électricité et couvrir une partie significative des besoins en eau chaude sanitaire. Les panneaux solaires hybrides permettent ainsi d’optimiser l’espace disponible sur le toit et d’assurer une production combinée d’électricité et d’eau chaude.
Dans ce cas d’étude, les panneaux solaires hybrides offrent un compromis intéressant entre la production d’électricité et la production d’eau chaude sanitaire. Ils permettent d’utiliser l’espace disponible de manière plus efficace et de répondre aux besoins énergétiques de la maison.
Entreprises
- DualSun est une entreprise française spécialisée dans les panneaux solaires hybrides. Leur principal modèle, le panneau DualSun Spring, intègre des cellules photovoltaïques monocristallines PERC et un échangeur thermique en polymère pour la production d’eau chaude. Ces panneaux offrent une efficacité photovoltaïque d’environ 19,4 % et une efficacité thermique d’environ 60 %.
- Heliotherm est une entreprise autrichienne proposant des panneaux solaires hybrides air-eau. Leur modèle phare, Heliotherm PVT, combine des cellules photovoltaïques polycristallines avec un échangeur thermique intégré à l’arrière du panneau pour récupérer la chaleur. Ces panneaux ont une efficacité photovoltaïque d’environ 15,4 % et une efficacité thermique d’environ 35 %.
- Solarus est une entreprise néerlandaise spécialisée dans les panneaux solaires hybrides. Leur modèle PowerCollector est un panneau solaire hybride innovant qui utilise des miroirs pour concentrer la lumière du soleil sur des cellules photovoltaïques et un absorbeur thermique. Le PowerCollector a une efficacité photovoltaïque d’environ 15 % et une efficacité thermique d’environ 45 %.
- Sunerg Solar est une entreprise italienne proposant des panneaux solaires hybrides. Leur modèle phare, le panneau HSS (Hybrid Solar System), intègre des cellules photovoltaïques monocristallines et un échangeur thermique en cuivre pour la production d’eau chaude. Ces panneaux ont une efficacité photovoltaïque d’environ 18,4 % et une efficacité thermique d’environ 55 %.