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Actualité
Le rendement du photovoltaïque versus le rendement du thermique
Le beau-frère de l’homme qui arrose les fleurs de ma coiffeuse est formel :
« Installer des capteurs solaires thermiques en Belgique ‘n’a pas de sens. Il pleut tout le temps et il ne fait pas assez chaud dehors. C’est bien connu. D’ailleurs, les panneaux solaires photovoltaïques sont bien meilleurs. Ils produisent de l’électricité même quand je ne suis pas à la maison. Mon compteur tourne alors à l’envers et mon électricité n’est pas perdue. Tandis que si je ne consomme pas mon eau chaude, pffff, c’est foutu ! Le rendement du photovoltaïque est à coup sûr supérieur à celui du thermique »
Loin de moi l’idée de répondre point par point aux dires de ce monsieur. Comprenons bien que les panneaux solaires captent la lumière du soleil et non la chaleur de l’air. Ils fonctionnent donc même par temps gris ou lorsqu’il fait froid dehors. Je m’attarderai par contre à la comparaison entre le photovoltaïque et le thermique.
Parler de rendement dans le cas d’une installation solaire n’a pas trop de sens. Calculer un rendement suppose de pouvoir comparer deux éléments. Lesquels ? Des coûts ? L’énergie du soleil nous arrive tous les jours et elle est gratuite. Des quantités ? L’énergie du soleil n’est pas constante : l’orientation des rayons varie selon le moment de la journée et de l’année. Et la réflexion sur les nuages vient jouer les troubles fêtes…
Bref, ce n’est pas simple ! Utiliser la notion de gain solaire ou de capacité à capturer l’énergie solaire me parait plus adapté.
Quel est le gain solaire d’un capteur photovoltaïque ? La technologie utilisée est basée sur les semi-conducteurs. Le rayon du soleil frappe le matériau semi-conducteur ce qui ‘excite et déloge’ les électrons. Technologie complexe et peu efficace puisque +- 15% de l’énergie du rayon solaire est finalement transformée en électricité. A cela, il faut ajouter les pertes dans le reste de l’installation (onduleur, compteur…) mais elles sont relativement négligeables. L’électricité produites par les panneaux est soit consommée directement par l’habitation soit envoyée sur le réseau électrique (le fameux compteur tournant à l’envers) pour être consommée quelque part par quelqu’un d’autre. Gardons donc en tête le chiffre de 15%.
Et le gain solaire d’un capteur thermique, quel est-il ? La technologie est en soi très basique : le soleil chauffe une plaque métallique peinte en noir, un fluide circule au dos de cette plaque et emporte la chaleur ailleurs. Toute la chaleur n’est pas transmise au fluide. Une partie est réémise par la plaque métallique, une autre est réfléchie au niveau de la paroi vitrée. Malgré ces pertes, l’efficacité reste très bonne puisque +- 80% de l’énergie du rayon solaire est finalement captée par le panneau.
La situation se corse… après le panneau. En effet, il n’existe malheureusement pas un réseau de chaleur à l’instar du réseau électrique où la production des panneaux thermiques pourrait être envoyée. Les fabricants rivalisent d’imagination pour contourner ce problème et de nombreuses solutions techniques existent. Elles passent à peu près toutes par l’utilisation d’un ballon – tampon où l’eau chaude est stockée jusqu’à sa consommation.
Ce ballon est responsable de la dégradation de l’efficacité. Imaginons une bonne journée très lumineuse et mesurons les températures à la sortie des panneaux et à l’intérieur du ballon de stockage.
« Installer des capteurs solaires thermiques en Belgique ‘n’a pas de sens. Il pleut tout le temps et il ne fait pas assez chaud dehors. C’est bien connu. D’ailleurs, les panneaux solaires photovoltaïques sont bien meilleurs. Ils produisent de l’électricité même quand je ne suis pas à la maison. Mon compteur tourne alors à l’envers et mon électricité n’est pas perdue. Tandis que si je ne consomme pas mon eau chaude, pffff, c’est foutu ! Le rendement du photovoltaïque est à coup sûr supérieur à celui du thermique »
Loin de moi l’idée de répondre point par point aux dires de ce monsieur. Comprenons bien que les panneaux solaires captent la lumière du soleil et non la chaleur de l’air. Ils fonctionnent donc même par temps gris ou lorsqu’il fait froid dehors. Je m’attarderai par contre à la comparaison entre le photovoltaïque et le thermique.
Parler de rendement dans le cas d’une installation solaire n’a pas trop de sens. Calculer un rendement suppose de pouvoir comparer deux éléments. Lesquels ? Des coûts ? L’énergie du soleil nous arrive tous les jours et elle est gratuite. Des quantités ? L’énergie du soleil n’est pas constante : l’orientation des rayons varie selon le moment de la journée et de l’année. Et la réflexion sur les nuages vient jouer les troubles fêtes…
Bref, ce n’est pas simple ! Utiliser la notion de gain solaire ou de capacité à capturer l’énergie solaire me parait plus adapté.
Quel est le gain solaire d’un capteur photovoltaïque ? La technologie utilisée est basée sur les semi-conducteurs. Le rayon du soleil frappe le matériau semi-conducteur ce qui ‘excite et déloge’ les électrons. Technologie complexe et peu efficace puisque +- 15% de l’énergie du rayon solaire est finalement transformée en électricité. A cela, il faut ajouter les pertes dans le reste de l’installation (onduleur, compteur…) mais elles sont relativement négligeables. L’électricité produites par les panneaux est soit consommée directement par l’habitation soit envoyée sur le réseau électrique (le fameux compteur tournant à l’envers) pour être consommée quelque part par quelqu’un d’autre. Gardons donc en tête le chiffre de 15%.
Et le gain solaire d’un capteur thermique, quel est-il ? La technologie est en soi très basique : le soleil chauffe une plaque métallique peinte en noir, un fluide circule au dos de cette plaque et emporte la chaleur ailleurs. Toute la chaleur n’est pas transmise au fluide. Une partie est réémise par la plaque métallique, une autre est réfléchie au niveau de la paroi vitrée. Malgré ces pertes, l’efficacité reste très bonne puisque +- 80% de l’énergie du rayon solaire est finalement captée par le panneau.
La situation se corse… après le panneau. En effet, il n’existe malheureusement pas un réseau de chaleur à l’instar du réseau électrique où la production des panneaux thermiques pourrait être envoyée. Les fabricants rivalisent d’imagination pour contourner ce problème et de nombreuses solutions techniques existent. Elles passent à peu près toutes par l’utilisation d’un ballon – tampon où l’eau chaude est stockée jusqu’à sa consommation.
Ce ballon est responsable de la dégradation de l’efficacité. Imaginons une bonne journée très lumineuse et mesurons les températures à la sortie des panneaux et à l’intérieur du ballon de stockage.
| Heure | Température possible à la sortie des panneaux |
Température du ballon |
Echange de chaleur avec le ballon |
| 9h | 40° | 20° | Oui |
| 11h | 80° |
40° | Oui |
| 13h | 120° | 70° | Oui |
| 15h | 90° | 85° | Equilibre |
| 16h | 80° | 85° | Non |
| 18h | 60° | 85° | Non |
Vers 15h, l’équilibre est atteint et l’échange de chaleur s’arrête ! Tout le rayonnement solaire de la suite de la journée est ‘perdu’.
Imaginons maintenant que quelqu’un puise une grande quantité d’eau chaude vers 14h. Le ballon de stockage est refroidi.
Imaginons maintenant que quelqu’un puise une grande quantité d’eau chaude vers 14h. Le ballon de stockage est refroidi.
| Heure | Température possible à la sortie des panneaux |
Température du ballon |
Echange de chaleur avec le ballon |
| 9h | 40° | 20° | Oui |
| 11h | 80° |
40° | Oui |
| 13h | 120° | 70° | Oui |
| 15h | 90° | 60° | Oui |
| 16h | 80° | 70° | Equilibre |
| 18h | 60° | 75° | Non |
L’échange de chaleur se poursuit au-delà de 16h. Cet exemple montre que l’énergie solaire sera mieux captée par un centre sportif où l’on prend des douches toute la journée à 13h que par une maison où toute la famille se lave entre 7h et 8h.
Dans le solaire thermique, la qualité du dimensionnement de l’installation et le profil de consommation de l’eau chaude sont déterminantes. Malgré cela, on considère qu’une installation solaire thermique classique a une efficacité solaire de 50%.
15% d’efficacité pour le photovoltaïque, 50% d’efficacité pour le thermique. Les chiffres parlent d’eux-mêmes : le thermique est plus efficace que le photovoltaïque… à condition de consommer l’eau chaude produite.
Dans le solaire thermique, la qualité du dimensionnement de l’installation et le profil de consommation de l’eau chaude sont déterminantes. Malgré cela, on considère qu’une installation solaire thermique classique a une efficacité solaire de 50%.
15% d’efficacité pour le photovoltaïque, 50% d’efficacité pour le thermique. Les chiffres parlent d’eux-mêmes : le thermique est plus efficace que le photovoltaïque… à condition de consommer l’eau chaude produite.
