La différence entre l’énergie solaire photovoltaïque et thermique

De nos jours, les capteurs solaires thermiques constituent la meilleure solution pour satisfaire les besoins en eau chaude. Mais dans quelques années avec les progrès de la technologie, il deviendra de plus en plus intéressant, d’un point de vue économique ou énergétique, de couvrir l’ensemble des besoins en énergie d’un bâtiment avec des panneaux solaires photovoltaïques, couplés à une pompe à chaleur. Explications sur les différences entre l’énergie solaire photovoltaïque et l’énergie solaire thermique.

L’énergie solaire photovoltaïque

Les installations de panneaux solaires photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité grâce aux cellules photovoltaïques. Cette énergie permet de produire de l’électricité à partir du rayonnement solaire (qui est l’ensemble des ondes électromagnétiques émises par le Soleil). La conversion directe de l’énergie solaire en électricité se fait par l’intermédiaire d’un matériau semi-conducteur, comme le silicium.

Le silicium est l’élément chimique naturel le plus abondant après l’oxygène. On le trouve dans le sable ou le verre et il n’est pas difficile d’obtenir des cristaux de silicium très purs. Malheureusement, l’opération est toujours très coûteuse et nécessaire à la fabrication des cellules photovoltaïques.

Cette énergie est renouvelable, car l’énergie du Soleil est une source fort abondante sur la planète Terre et considérée comme inépuisable à l’échelle de temps humaine. Pourtant, cette énergie n’est pas totalement renouvelable car la fabrication des panneaux photovoltaïques (ainsi que leur installation et leur exploitation) consomme de l’énergie, issue en grande partie de sources non renouvelables. Heureusement, un système photovoltaïque produit entre 20 et 40 fois plus d’énergie que celle qui a été utilisée pour le fabriquer.

Quelques avantages du photovoltaïque :

• L’énergie photovoltaïque peut être installée partout
• Il s’agit d’une énergie inépuisable puisqu’elle est issue des rayons du soleil, respectant de ce fait la nature et l’environnement
• Pour les sites isolés, elle offre une solution pratique pour obtenir de l’électricité à moindre coût
• Les systèmes photovoltaïques sont fiables : aucune pièce employée n’est en mouvement et les matériaux utilisés (silicium, verre, aluminium) résistent aux conditions météorologiques extrêmes
• L’énergie photovoltaïque est totalement modulable et peut donc répondre à un large éventail de besoins
• Le coût de fonctionnement des panneaux photovoltaïques est très faible car leur entretien est très réduit, (de plus, ils ne nécessitent ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé)
• La lumière du Soleil étant disponible partout, l’énergie photovoltaïque est exploitable aussi bien en montagne, dans un village isolé que dans les grandes villes, dans le Nord comme dans le Sud

Quelques inconvénients du photovoltaïque :

• Le coût d’investissement est plutôt élevé
• Le coût du système photovoltaïque augmente quand le stockage de l’énergie électrique par des batteries est nécessaire
• Les panneaux contiennent des produits toxiques et la filière de recyclage n’est pas encore existante
• Le rendement électrique diminue avec le temps (environ 20% de moins au bout de 20 ans)

L’énergie solaire thermique

Les installations de panneaux solaires thermiques transforment la lumière du soleil en chaleur par rayonnement. L’énergie solaire thermique permet donc de produire de la chaleur (à basse, moyenne ou haute température) et son but est de chauffer un fluide, qu’il soit liquide ou gazeux. L’énergie ainsi reçue par le fluide peut être utilisée directement (eau chaude sanitaire, chauffage, etc…) ou indirectement (production de vapeur d’eau pour entraîner des alternateurs et obtenir de l’énergie électrique, production de froid, etc…).

Cette énergie provient de la chaleur transmise par le Soleil par rayonnement et ne doit donc pas être confondue avec l’énergie solaire photovoltaïque, qui utilise l’effet photoélectrique pour transformer les photons, en électricité. Ici, la conversion du rayonnement solaire en chaleur, se fait grâce au capteur solaire thermique.

Effectivement, le capteur solaire est un instrument utilisé pour transformer le rayonnement solaire en chaleur et les principes physiques fondamentaux sur lesquels se basent cette production d’énergie sont notamment : l’absorption (qui est le processus physique par lequel l’énergie électromagnétique est transformée en une autre forme d’énergie) et la conduction thermique (qui est un phénomène de transport de l’énergie interne). Dans le cas particulier des systèmes à concentration (par exemple une centrale solaire thermodynamique ou un four solaire), la réflexion (phénomène intervenant lors de l’incidence de la lumière sur un matériau), joue aussi un rôle important.

Quelques avantages du thermique :

• L’énergie solaire est inépuisable, propre, ne pollue pas et ne dégage pas de gaz à effet de serre
• Elle permet d’assurer une partie des besoins en eau chaude sanitaire et en chauffage
• L’installation des panneaux solaires thermiques permet de réaliser des économies conséquentes
• Les frais de maintenance et de fonctionnement d’une installation thermique sont relativement faibles

Quelques inconvénients du thermique :

• Le coût d’investissement d’une installation solaire thermique est relativement élevé
• Il faut pouvoir stocker la chaleur dans des ballons ou des dalles chauffantes
• Les panneaux solaires contiennent des déchets toxiques : cuivre et chrome
• Plus contraignant à installer que des panneaux photovoltaïques, car il nécessite des travaux de plomberie (et donc le passage de tuyaux depuis votre toit jusqu’à votre chaudière).

Conclusion

En tenant compte des progrès constants de la technologie concernant les panneaux photovoltaïques (et les pompes à chaleur), l’efficacité de ce type de système combiné est maintenant supérieure à 60 % ! Cela dépasse donc le rendement effectif des installations thermiques, tout en possédant encore une marge de progression. Malheureusement, les coûts de ces installations restent encore élevés, mais ils baissent régulièrement alors que le prix des installations solaires thermiques a tendance à stagner.