Qu’est-ce qu’un panneau solaire hybride ?

Vous désirez produire à la fois de l’eau chaude et de l’électricité grâce au soleil ? Vous pourriez envisager de faire installer des panneaux solaires hybrides ! Ces systèmes méconnus sont aussi appelés solaire Photovoltaïque Thermique (PVT en abrégé).

Le module PVT est un panneau solaire hybride qui combine les fonctionnalités des capteurs solaires thermiques et des capteurs solaires photovoltaïques en un seul panneau. Les panneaux produisent non seulement de l’électricité mais aussi de la chaleur pour la maison. Deux fonctions pour un seul investissement ! Nous vous expliquons l’essentiel dans ce véritable guide.

Quelle part de marché pour le solaire hybride ?

Dans le monde entier, de nombreuses technologies et projets nouveaux sont actuellement mis en œuvre pour contribuer à la réduction de la consommation de combustibles fossiles. Bien que l’accent ait été mis sur le secteur de l’électricité et des transports, des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de la production combinée d’électricité et de chaleur renouvelables à partir de capteurs thermiques photovoltaïques (PVT). Dans plusieurs pays européens, le marché du PVT prend de l’ampleur. Les applications possibles des capteurs PVT sont très variées et vont, par exemple, du chauffage des piscines à la chaleur solaire pour les processus industriels. De nombreux systèmes PVT déjà installés sont de petite taille, mais sont capables de satisfaire une grande partie de la demande globale d’énergie thermique et électrique sur site, et servent de bonne démonstration des économies potentielles de combustible. Une bonne enquête, bien que non exhaustive, a été menée sur les installations PVT actuellement en service. Dans le cadre de cette enquête, 22.920 systèmes PVT ont été identifiés et nous allons vous fournir quelques chiffres.

Le marché du combine photovoltaique-thermique en chiffres

A la fin de l’année 2018, une surface cumulée de capteurs PVT d’un peu plus d’un millions de m² a été installée selon IEA (International Energy Agency ou Agence Internationale de l’Energie). Sur le marché européen, la France est le leader du marché avec une surface de capteurs installée d’environ 442,504 m², suivie par l’Allemagne avec 109,380 m². En Italie, aux Pays-Bas et en Suisse, les surfaces de capteurs installées sont comprises entre 5 000 et 15 000 m². Dans les autres pays, les surfaces de capteurs sont inférieures à 5.000 m². En dehors de l’Europe, le principal fabricant de panneaux photovoltaïques en Israël a compté une surface cumulée de capteurs fabriqués de 575 000 m² à la fin de 2018, avec une forte exportation vers la Corée, la Chine et l’Allemagne.

Les applications

Les systèmes PVT sont utilisés dans de nombreuses applications : logements individuelles et logements collectifs, hôtels, campus, services publics, hôpitaux, processus agricoles et industriels, et même chauffage urbain. Des temps de retour sur investissement aussi bas que 4 ans ont été observés dans des études de cas d’hôtels dans des conditions espagnoles qui il est vrai disposent d’un ensoleillement très favorable.

Différence entre le solaire photovoltaïque et le solaire thermique

Les panneaux solaires photovoltaïques (PV) convertissent l’énergie solaire en électricité, tandis qu’un système de chauffage solaire thermique produit de la chaleur.

Les panneaux solaires photovoltaïques contiennent des cellules (monocristallines, polycristallines, bifacial, amorphe,…) capables de convertir l’énergie solaire en électricité. Au départ, cette électricité est en courant continu (CC), qui ne peut pas être utilisé dans la maison. Cependant, un onduleur solaire la convertit ensuite en courant alternatif (AC), ce qui permet aux appareils électriques d’être alimentés par l’énergie solaire renouvelable et gratuite.

Les panneaux solaires thermiques comprennent des tubes contenant un fluide chauffé par le soleil. Ce liquide caloporteur est chauffé puis acheminé vers un thermoplongeur situé dans un ballon d’eau chaude. Le thermoplongeur réchauffe alors l’eau stockée avant de l’acheminer vers les robinets ou vers un ballon d’eau chaude.

Comment fonctionne un panneau solaire hybride ?

Les capteurs solaires hybrides photovoltaïques thermiques, également appelés systèmes hybrides, également appelés PVT ou systèmes de cogénération solaire, sont des technologies de production d’énergie qui convertissent le rayonnement solaire en énergie thermique et électrique utilisable. Ces systèmes combinent des cellules photovoltaïques, qui convertissent les photons de la lumière du soleil en électricité, avec un capteur solaire thermique, qui capte l’énergie restante et élimine la chaleur résiduelle du module photovoltaïque. Ces technologies peuvent être globalement plus efficaces sur le plan énergétique que le solaire photovoltaïque (PV) ou le solaire thermique seuls. Les cellules solaires PV commencent à perdre leur efficacité lorsque la température dépasse 25°C, nous le verrons par la suite.

La production solaire thermique peut être utilisée pour préchauffer ou chauffer l’eau chaude sanitaire. Dans les capteurs hybrides bien conçus, la production peut être presque aussi élevée que celle d’un simple capteur solaire thermique, avec seulement 10 à 20% de moins, une réduction principalement due à la partie de l’irradiation qui est convertie en électricité.

Comme évoqué, les panneaux solaires PVT sont des hybrides photovoltaïques et thermiques. Cela signifie qu’ils sont capables de convertir l’énergie solaire en électricité et en eau chaude sanitaire. Ainsi, plutôt que d’avoir à choisir entre des panneaux solaires pour la production d’électricité ou d’eau chaude sanitaire, vous pouvez bénéficier des deux technologies solaires à partir d’un seul système. Cette technologie est disponible depuis un certain nombre d’années, mais reste un produit de niche.

Ne pas confondre avec d’autres technologies solaires hybrides

Ne confondez pas les panneaux solaires hybrides avec les systèmes solaires hybrides à air, également appelés aérovoltaïques. Dans ce cas, des conduits sont intégrés au panneau photovoltaïque et l’air est aspiré à travers le panneau. Cet air est acheminé vers la maison pour refroidir le panneau photovoltaïque mais aussi pour préchauffer l’air frais entrant dans la maison.

Les panneaux thermodynamiques sont également souvent confondus avec les panneaux solaires hybrides. Ces technologies comportent des capteurs montés sur un toit ou un mur et contenant un réfrigérant qui absorbe l’énergie du soleil. Ils ne produisent pas d’électricité et constituent effectivement un type de système de pompe à chaleur.

Comment installer un panneau solaire hybride ?

Les panneaux solaires hybrides sont installés de la même manière que les panneaux solaires ordinaires. Des crochets de toit sont fixés aux fermettes ou aux chevrons de la charpente, en fonction de l’emplacement des panneaux par rapport au type de couverture de la toiture (ardoises, tuiles). Les panneaux sont assemblés à ces rails.

Les panneaux solaires PVT nécessitent que les câbles de la fonction PV soient ramenés à un onduleur pour la transformer en énergie utilisable (conversion de courant continu à courant alternatif), ainsi que des tuyaux reliés au stockage d’eau chaude de la maison pour la composante solaire thermique.

Les systèmes PVT étant actuellement plus spécialisés, la meilleure façon de trouver le bon installateur est de s’appuyer sur notre plateforme de demande de devis ainsi vous aurez un interlocuteur qui connait son sujet.

Quelle quantité d’énergie les panneaux solaires hybrides produisent-ils ?

Selon les fabricants, un système solaire PVT peut générer environ 1500 kWh d’énergie par kWc (Kilowatt crête) installé par an. Cela représente environ 1000 kWh d’électricité et environ 500 kWh de chaleur.

Les panneaux solaires PVT hybrides peuvent produire plus de chaleur que cela, mais celle-ci pourrait alors être trop chaude pour les cellules photovoltaïques. Les détails fondamentaux de la conception sont de s’assurer que vous pouvez utiliser toute l’énergie générée sans surchauffer les cellules photovoltaïques.

La plupart des fabricants disposent d’un logiciel qui peut vous donner une indication raisonnable de votre production annuelle d’énergie et vous pouvez ensuite l’utiliser pour évaluer le retour sur investissement.

Quels sont les avantages des panneaux solaires hybrides ?

Comme nous l’avons vu, la technologie PVT est une technologie hybride combinant un module PV (photovoltaïque) et un capteur solaire thermique. Nous allons voir quels sont les nombreux atouts de cette technologies.

Les modules photovoltaïques classiques produisent moins lorsqu’ils chauffent

Contrairement à la croyance populaire, les panneaux solaires photovoltaïques sont plus efficaces par temps froid et ensoleillé. Les gens pensent souvent que les conditions chaudes et ensoleillées sont les meilleures, mais en fait, plus les panneaux solaires PV sont chauds, moins ils sont efficaces. En fait, pour un panneau photovoltaïque moyen, chaque degré de chaleur en plus entraîne une baisse d’efficacité d’environ 0,5 %. Ainsi, en France, où les panneaux solaires sombres atteignent régulièrement 70-80 °C, cela pourrait signifier une diminution de 25 % de l’efficacité aux heures de pointe.

C’est la raison pour laquelle de nombreux installateurs solaires essaieront de monter les panneaux solaires sur une structure légèrement surélevé par rapport au toit afin que l’air puisse circuler sous les panneaux pour aider à les maintenir au frais.

En gardant cela à l’esprit, la théorie derrière le fonctionnement du solaire PV et du solaire thermique à travers le même panneau est logique. L’excès de chaleur peut être transféré du panneau solaire PVT via un échangeur de chaleur situé à l’arrière du panneau et dans un fluide caloporteur qui peut être utilisé pour chauffer la maison. Les panneaux et les collecteurs constituent une combinaison idéale.

Ainsi, non seulement vous faites fonctionner les cellules photovoltaïques plus efficacement puisqu’elles sont plus froides, mais vous contribuez également aux besoins en eau chaude de votre maison.

Ils sont moins encombrants

Un autre avantage clé de ces panneaux solaires PVT hybrides est qu’ils prennent moins de place sur votre toit. Il n’est plus nécessaire d’investir dans des panneaux séparés pour remplir les différentes fonctions, ce qui peut être inesthétique. Un seul type de panneau produira à la fois votre eau chaude et votre électricité.

Les panneaux solaires hybrides prennent moins de place sur un toit car les panneaux solaires photovoltaïques et les panneaux solaires thermiques sont combinés. Cela peut être idéal pour les maisons dont le toit est plus petit, comme les propriétés à trois étages.

Vous pouvez coupler votre panneau solaire hybride avec une pompe à chaleur

Parfait avec une piscine

À l’origine, le chauffage solaire des piscines était réalisé à l’aide de systèmes de chauffage à capteurs solaires thermiques ou de systèmes de chauffage à pompe à chaleur assistée par l’énergie solaire avec des capteurs solaires thermiques classiques. Cependant, tout comme les capteurs solaires thermiques, les capteurs PVT hybrides peuvent être utilisés pour répondre aux besoins en chauffage et en électricité des piscines.

Le côté PV fournit l’électricité nécessaire à l’installation de la piscine (pompe et filtres) et à la maison. Le côté eau chaude chauffe l’eau de la piscine. Cela permet d’économiser de l’énergie et de prolonger la saison de la piscine. Il n’est pas nécessaire de remplacer l’installation existante. La plupart des panneaux solaires hybrides se raccordent directement sur le circuit actuel.

Cela fait baisser la température de la partie PV, ce qui peut augmenter le rendement de 15 %. Du côté thermique, vous atteignez une température allant jusqu’à 55°, parfaite comme support pour l’eau chaude sanitaire.

Autres avantages des panneaux solaires hybrides

Nous listons ici d’autres bénéfices apportés par le panneau solaire hybride.

Non pas une, mais deux énergies gratuites et inépuisables

Grâce aux panneaux solaires PV-T, vous pouvez disposer d’un système solaire unique qui fournit à votre maison à la fois de l’électricité et de l’eau chaude. Cela signifie que vous n’avez pas à choisir entre l’un ou l’autre.

Le panneau solaire hybride fait fondre la neige

un panneau PV hybride présente un avantage en hiver. Ils sont plus chauds, et cela permet au gel ou à la neige de fondre plus rapidement. Ils sont alors plus susceptibles d’être utilisés pour produire de l’électricité. Au total, on obtient un rendement électrique supérieur de 5 à 10 %.

Très peu de maintenance

Les panneaux solaires photovoltaïques et solaires thermiques nécessitent très peu d’entretien, et il en va de même pour les systèmes solaires photovoltaïques thermiques.

Les capteurs PVT ont un faible impact social

Ils ne produisent aucun bruit perceptible et n’ont pas d’impact visuel préjudiciable lorsqu’ils sont intégrés à un toit ou à une façade.

Une grande longévité

La durée de vie d’un capteur PVT bien conçu devrait être comprise entre 20 et 40 ans. Cependant, les études de cas sur les capteurs PVT récemment développés font encore défaut.

Quels sont les inconvénients des panneaux solaires hybrides ?

Quels sont donc les problèmes liés aux panneaux solaires PVT / hybrides ? Bien que les panneaux solaires hybrides PVT soient sur le papier une idée fantastique, ils présentent 4 problèmes majeurs. Si la combinaison de ces systèmes peut sembler évidente, cette technologie présente des limites par rapport aux panneaux solaires photovoltaïques et thermiques séparés.

En cas de casse, 2 fois plus de dégâts

En plus des coûts plus élevés, il y a aussi un inconvénient. Par exemple, si quelque chose se casse dans la partie « électricité », cela affecte aussi la partie capteurs thermique. Il en va de même à l’inverse.

Un investissement conséquent

Les panneaux solaires PVT sont plus chers que les panneaux solaires traditionnels. Cela dit, les systèmes PV-T peuvent être installés pour un coût presque identique à celui d’une capacité équivalente de panneaux PV et de panneaux solaires thermiques séparés, et peuvent donc constituer un investissement judicieux lorsque l’espace sur le toit est restreint. Le panneau PVT est environ 10% plus cher que le coût d’un panneau PV et d’un panneau solaire thermique individuels, mais 25% plus efficace que les technologies individuelles. Les fabricants espèrent également qu’au fur et à mesure de l’augmentation des volumes, le coût des panneaux diminuera, ce qui en fera une option moins chère que l’alternative traditionnelle.

En effet, comme il ne s’agit pas encore d’un produit grand public, les installateurs et les matériaux peuvent être plus difficiles à trouver et donc plus coûteux. Il existe plusieurs fabricants de panneaux solaires photovoltaïques, mais leurs produits sont très similaires.

Étant donné le coût des panneaux solaires PVT et le nombre relativement faible d’installateurs, le consensus général est que si vous avez suffisamment de place sur le toit, opter pour des systèmes solaires PV et solaires thermiques séparés pourrait être la meilleure option. Les systèmes de panneaux solaires photovoltaïques et solaires thermiques peuvent alors être dimensionnés correctement et la consommation d’énergie optimisée.

💰 Tableau comparatif des coûts (fourniture et main d’œuvre) pour une puissance de 3 kwc :

	Photovoltaïque	Thermique A	Thermique B	Hybride (PVT)
Tarif Achat	7 000 €	6 000 €	12 000 €	12 000 €
Utilisation	Autoconsommation	ECS*	ECS* + Chauffage	Autoconsommation + ECS*
Aide	Prime autoconso 1 140 €			Prime autoconso 1 140 €

ECS* : Eau Chaude Sanitaire

La production pas toujours en phase avec les besoins

Le dernier problème avec les panneaux PVT est qu’ils produisent la majorité de l’eau chaude et de l’électricité pendant les mois d’été. En hiver, lorsque vous avez besoin de beaucoup d’eau chaude pour le chauffage, les panneaux solaires hybrides ne produiront pas assez d’eau chaude et vous devrez compléter le chauffage avec une chaudière. C’est cependant le même problème avec le solaire thermique !

Certaines entreprises ont trouvé une solution astucieuse à ce problème : elles utilisent la chaleur de l’été pour charger le sol, puis utilisent des pompes à chaleur pour extraire et améliorer cette chaleur en hiver. Cela permet de garder les panneaux frais en été, ce qui maximise leur rendement, tout en augmentant la température de la source pour la pompe à chaleur en hiver, ce qui la fait fonctionner plus efficacement.

En outre, l’élément thermique du panneau PVT n’atteindra pas les mêmes températures élevées que les panneaux solaires thermiques standard. Cela rend la chaleur plus difficile à utiliser car elle nécessite un chauffage supplémentaire.

Cela signifie que les panneaux PVT sont un système complémentaire et que vous aurez toujours besoin d’un système de chauffage primaire. Pendant les mois d’hiver, lorsque vous aurez le plus besoin de chauffage et d’eau chaude, les systèmes solaires thermiques ne seront pas en mesure de répondre à la demande. Cela signifie que la production thermique devra être soutenue par un autre système de chauffage, comme une chaudière.

La rareté des installateurs de panneaux solaires hybrides

En effet, il est difficile de trouver des gens compétents pour mettre en œuvre ce type de procédé qui nécessite de multiples compétences telles que :

🧰 Plombier
🧰 Chauffagiste
🧰 Électricien
🧰 Couvreur

Quelles sont les aides dont peuvent bénéficier les installations solaires hybrides ?

La technologie PVT est très bien subventionnée puisque l’éventail d’aides à disposition est bien plus étoffé que pour une installation photovoltaïque.

✔️ Prime à l’autoconsommation. C’est une prime d’état versé sur 5 ans. Le montant de cette prime dépend directement de la puissance de votre installation :

• ≤ 3 kWc 💶 380 euros par kWc
• ≤ 9 kWc 💶 280 euros par kWc
• ≤ 36 kWc 💶 180 euros par kWc
• ≤ 100 kWc 💶 80 euros par kWc

Par exemple, pour une installation 9 kWc, vous percevrez 2520 euros versés en 5 fois soit 504 euros par an.

✔️ Vous pouvez également valoriser la production électrique solaire non consommée en la vendant sur le réseau public. Il s’agit de la vente du surplus.

• ≤ 36 kWc 💶 0,10 euros par kWh
• ≤ 100 kWc 💶 0,06 euros par kWh

✔️ Vous pouvez bénéficier du dispositif MaPrimeRénov‘ qui permet de profiter d’une subvention allant jusqu’à plusieurs milliers d’euros en fonction des ressources de votre foyer. Vous pouvez vous rendre sur le site pour effectuer une demande.

✔️ L’éco PTZ vous permet de financer vos travaux jusqu’à 30 000 euros à taux zéro remboursables sur 15 ans. Ces travaux doivent être réalisés par un installateur certifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement).

Notre champion français : Dualsun

La vision de la startup marseillaise DualSun est de réduire la consommation d’énergie des bâtiments en générant de la chaleur et de l’électricité solaires propres et abordables.

Alors étudiants en ingénierie, les fondateurs Jérôme Mouterde et Laetitia Brottier ont découvert le concept lors de leurs études à Paris en 2010 et ont créé la société DualSun pour le développer. Leur enthousiasme est né de recherches qui ont montré que le refroidissement liquide des panneaux photovoltaïques augmentait leur efficacité et leur durée de vie. Lorsque le liquide est ensuite utilisé pour produire de l’eau chaude, la quantité totale d’énergie produite est deux fois et demie supérieure à celle d’un panneau photovoltaïque ordinaire.

La plupart des installations de panneaux DualSun utilisent une pompe pour aider à déplacer le fluide de refroidissement vers l’échangeur de chaleur pour le système d’eau chaude, mais certaines fonctionnent simplement par convection.

La société affirme que dans la plupart des endroits en France, entre quatre et six panneaux, couvrant 10m2, fourniront à une maison de quatre personnes suffisamment d’électricité pour leur propre consommation, le surplus étant vendu au réseau, et 70% de l’eau chaude du ménage.

Après le chauffage, la production d’eau chaude est la principale utilisation de l’électricité en France. On constate généralement que les économies d’énergie réalisées avec ces panneaux sont supérieures de 50 % à celles réalisées avec des panneaux photovoltaïques seuls. L’entreprise dispose d’un réseau d’artisans qualifiés pour les installations.

Le coût des panneaux et de l’installation est environ 30% plus élevé que pour des panneaux photovoltaïques simples. « Nos recherches montrent que la plupart des systèmes de panneaux photovoltaïques de production d’électricité similaires coûtent environ 8 000 € et nous sommes 30% plus élevés que cela », a déclaré Jérome Mouterde. « Mais sur la durée de vie prévue d’un ensemble de panneaux, nous finissons par être beaucoup moins chers ».

L’entreprise possède une usine près de Lyon et est basée à Marseille. Elle emploie 16 personnes et a installé plus de 1 000 panneaux. Outre les domestiques, il s’agit de campings, de piscines municipales, d’un refuge de montagne et de bâtiments de bureaux.

Est-ce que le panneau solaire hybride a un avenir ?

Oui, bien sûr ! Le PVT peut apporter une valeur ajoutée surtout en France avec les aides de l’état dont cette technologie bénéficie. Quelques entreprises proposent désormais des panneaux solaires hybrides PVT, ce qui prouve que la commercialisation de cette technologie a de l’avenir.

Dans certains pays, les panneaux hybrides obtiendront certainement les certifications nécessaires pour bénéficier des incitations financières comme c’est déjà le cas en France, ce qui renforcera leur popularité. Et avec cela viendront les économies d’échelle qui verront une baisse du prix de l’installation. Mais n’oubliez pas qu’à l’heure actuelle, les panneaux solaires hybrides sont équivalents aux systèmes PV et solaires thermiques séparés équivalents.

Le choix des panneaux solaires hybrides n’est certainement pas mauvais, et il serait formidable que vous puissiez au moins partiellement produire vous-même votre énergie solaire et votre eau chaude. Vous deviendrez ainsi beaucoup moins dépendant des combustibles fossiles, car vous utiliserez la source inépuisable qu’est le soleil. Il s’agit, bien entendu, d’une situation à laquelle nous devons tous nous résoudre en fin de compte.

Nous pouvons même aller un peu plus loin. Il ne devrait pas y avoir de toit PV sans capteurs solaires hybrides si le propriétaire fait fonctionner une pompe à chaleur dans le bâtiment ! Surtout dans les zones denses où les pompes à chaleur à air sont considérées comme trop bruyantes et où le forage de puits peut être limité. Les besoins en refroidissement vont continuer à augmenter dans les années à venir.

Cela représente une opportunité pour les modules solaires hybrides car ils peuvent non seulement produire de l’électricité pour le fonctionnement d’un refroidisseur à compression mais également être utilisés pour rejeter la chaleur dans l’environnement par convection et rayonnement thermique. Cette fonction supplémentaire de puits de chaleur augmentera également la compétitivité du photovoltaïque thermique (PVT). D’autres applications dans le domaine de l’agriculture et de la chaleur industrielle vont également se développer dans un futur proche.