Introduction
Alors que la transition énergétique s'accélère, les technologies d'énergies renouvelables évoluent rapidement pour offrir des solutions plus efficaces et polyvalentes. Les panneaux solaires hybrides en sont un parfait exemple. En combinant deux technologies d'énergies renouvelables - le solaire thermique et le photovoltaïque - ces panneaux solaires hybrides maximisent l'utilisation des rayons du soleil pour produire à la fois de l'électricité et de la chaleur. Ils constituent donc une solution idéale pour les bâtiments qui recherchent une plus grande efficacité énergétique et une réduction significative de leur empreinte carbone.
Dans cet article, nous explorerons en détail le concept des panneaux solaires hybrides, leur fonctionnement, leurs avantages et leurs défis, ainsi que leur rôle potentiel dans la transition vers une économie plus verte et plus durable.
Qu'est-ce qu'un toit de panneaux solaires hybrides ?
Les panneaux solaires hybrides combinent deux technologies pour exploiter pleinement l'énergie du soleil :
- Les panneaux photovoltaïques (PV) convertissent la lumière du soleil en électricité.
- Les panneaux solaires thermiques captent la chaleur du soleil pour produire de l'eau chaude ou de l'air chauffé, souvent utilisés pour le chauffage domestique ou l'eau chaude.
Cette technologie hybride maximise l’utilisation de l’énergie solaire en produisant simultanément de l’électricité et de la chaleur.
Il existe deux autres sous-types de panneaux solaires hybrides : aérovoltaïques et hydrauliques.
Système hybride aérovoltaïque ou PV-T à air
La face avant du panneau contient des cellules photovoltaïques qui génèrent de l’électricité à partir de l’énergie solaire.
Ensuite, au dos du panneau, la technologie aérovoltaïque récupère l'air chaud stocké par les panneaux pour l'utiliser dans l'habitation. En hiver, il sert au chauffage ; en été, il sert de fournisseur d'appoint de climatisation. Il assure ainsi la ventilation à tout moment. Cette technique permet de refroidir les panneaux, notamment en période de canicule, ce qui augmente leur efficacité.
Système d'eau hybride
Les capteurs solaires hybrides fonctionnent de manière similaire aux systèmes aérovoltaïques. La différence est qu'ils utilisent la circulation de l'eau plutôt que de l'air pour fonctionner. Ce type de panneau produit de l'électricité et de l'eau chaude sanitaire. Ces panneaux solaires refroidis par eau permettent notamment un refroidissement plus efficace des panneaux, et donc un rendement plus élevé des panneaux solaires.
Elle se caractérise par :
- un système de refroidissement efficace : les capteurs photovoltaïques sont équipés d'un échangeur de chaleur à eau conçu pour maximiser la production d'électricité et d'eau chaude ;
- rendements plus élevés : le système de refroidissement du panneau lui confère un rendement supérieur à une solution classique.
Comment fonctionne un toit de panneaux solaires hybrides ?
1. Production d'électricité : Composante photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques (PV) utilisés dans les systèmes hybrides fonctionnent de manière similaire aux panneaux solaires traditionnels. Les cellules photovoltaïques sont constituées de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium, qui convertissent la lumière du soleil en courant continu (CC) grâce à l'effet photovoltaïque. Ce courant est ensuite transformé en courant alternatif (CA) par un onduleur pour être utilisé dans le bâtiment ou injecté dans le réseau électrique.
2. Production de chaleur : Composante thermique
La composante thermique du solaire hybride capte la chaleur du soleil grâce à un fluide caloporteur (souvent de l'eau ou de l'air). Ce fluide circule dans des tubes intégrés sous les panneaux photovoltaïques ou dans une structure adjacente, absorbant la chaleur générée par les rayons du soleil et la surface des panneaux. Cette chaleur est ensuite utilisée pour :
Chauffage de l'eau (systèmes hybrides à eau) : L'eau chauffée par le système peut être utilisée à des fins sanitaires (douche, vaisselle, etc.) ou pour le chauffage domestique via des radiateurs ou un chauffage par le sol.
Chauffage de l’air (systèmes aérovoltaïques) : Dans certains systèmes, la chaleur captée est utilisée pour réchauffer l’air ambiant, augmentant ainsi le confort thermique des espaces intérieurs.
3. Refroidissement des panneaux photovoltaïques
L’un des avantages indirects de l’hybride est que la capture de la chaleur solaire peut être utilisée pour refroidir les panneaux photovoltaïques. Les panneaux solaires peuvent perdre en efficacité lorsqu’ils surchauffent. En éliminant cet excès de chaleur, la composante thermique améliore l’efficacité des cellules photovoltaïques, augmentant ainsi leur rendement global.
Les avantages des toits à panneaux solaires hybrides
1. Utilisation maximisée de l’énergie solaire
Le principal avantage des panneaux solaires hybrides est qu'ils optimisent l'utilisation de l'énergie solaire, en produisant simultanément de l'électricité et de la chaleur à partir d'un seul générateur. Contrairement aux systèmes solaires classiques, qui produisent soit de l'électricité, soit de la chaleur, les systèmes hybrides produisent les deux simultanément. Cela signifie que la même surface de toit peut être utilisée pour générer deux formes d'énergie, augmentant ainsi l'efficacité énergétique globale du bâtiment.
2. Des coûts énergétiques réduits
En produisant à la fois de l’électricité et de la chaleur, les toitures hybrides à panneaux solaires permettent de réduire considérablement les factures d’énergie. L’électricité générée par les panneaux photovoltaïques peut être utilisée pour alimenter les appareils électriques et les systèmes de chauffage, tandis que la chaleur captée par les panneaux thermiques peut être utilisée pour réduire la consommation de gaz ou d’électricité pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
3. Augmenter l’efficacité des panneaux photovoltaïques
Comme mentionné ci-dessus, l’une des caractéristiques les plus intéressantes des systèmes hybrides est la réduction de la surchauffe des panneaux photovoltaïques. En captant l’excès de chaleur, les panneaux solaires thermiques permettent aux cellules photovoltaïques de fonctionner à une température optimale, améliorant ainsi leur efficacité et prolongeant leur durée de vie.
4. Empreinte carbone réduite
L’utilisation d’une toiture solaire hybride permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. En produisant de l’électricité verte et de la chaleur à partir d’une source renouvelable, les bâtiments réduisent leur consommation d’énergies fossiles, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique. L’empreinte carbone des bâtiments est ainsi considérablement réduite, ce qui rend cette solution idéale pour ceux qui cherchent à minimiser leur impact environnemental.
5. Adaptabilité aux besoins énergétiques locaux
Les systèmes hybrides solaires peuvent être configurés pour répondre aux besoins spécifiques des bâtiments. Dans les régions où les besoins en chauffage sont élevés, la composante thermique peut être privilégiée. À l’inverse, dans les régions où l’ensoleillement est élevé et où la demande en électricité est accrue, les panneaux photovoltaïques peuvent jouer un rôle plus central. Cette flexibilité fait des toitures hybrides une solution polyvalente, capable de s’adapter à différents environnements climatiques et besoins énergétiques.
6. Optimiser l'espace disponible
Les bâtiments disposent souvent d’un espace de toit limité pour l’installation de systèmes solaires. Avec les toits hybrides, cette contrainte est atténuée, car un seul système peut produire à la fois de l’électricité et de la chaleur. Cela optimise l’utilisation de l’espace et augmente l’efficacité énergétique du bâtiment, sans nécessiter d’installations supplémentaires. Ce type de panneau est idéal pour les toits de petites ou moyennes surfaces.
Coût
Le prix est d'environ 2 à 4 € par watt-crête (hors TVA et hors installation). Il dépend également du type de système (aérovoltaïque ou hydraulique). Un foyer moyen a besoin d'environ 4 000 watts-crête. Dans ce cas, un système hybride coûtera entre 8 000 et 16 000 €.
Attention : ces prix sont purement indicatifs et peuvent varier d'une entreprise à l'autre.
Conclusion
Les panneaux solaires hybrides représentent une avancée significative dans le domaine des énergies renouvelables, permettant la coproduction d’électricité et de chaleur. En combinant électricité et chaleur solaire, ces systèmes maximisent l’efficacité énergétique des bâtiments tout en réduisant leur empreinte carbone. Bien qu’ils présentent certains défis, notamment en termes de coût et d’entretien, leurs avantages à long terme en font une solution prometteuse pour les particuliers, les entreprises et les industries qui cherchent à réduire leurs coûts énergétiques et leur impact environnemental.
À mesure que les technologies évoluent et que les coûts baissent, les toits de panneaux solaires hybrides sont appelés à jouer un rôle de plus en plus important dans la création de bâtiments plus écologiques et plus autonomes en énergie, contribuant ainsi à une transition énergétique mondiale plus durable.