Les panneaux solaires se déclinent en plusieurs catégories afin de répondre à différents besoins. Focus sur leurs différences en termes de performances et de coût.
Les utilisateurs ont le choix entre plusieurs types de panneaux solaires en fonction de l’usage prévu et de la configuration du bâtiment.
Chaque technologie solaire répond à un besoin différent : production d'électricité, production de chaleur/d’eau chaude, ou combinaison des deux. Aussi, pour choisir le type de panneau solaire le plus adapté, il est essentiel de définir son objectif énergétique.
L’orientation et l’inclinaison des panneaux doivent être optimales pour capter un maximum de rayonnement solaire. En général, une orientation plein sud et une inclinaison autour de 30° sont recommandées pour optimiser la production d’énergie.
Le niveau d’ensoleillement est un autre critère important : il influence directement la rentabilité des panneaux. Une installation dans une zone à un fort ensoleillement produit naturellement plus d’énergie par rapport à une autre située dans une zone où le soleil se fait plus rare. De même, la présence d’ombres portées, même partielles, réduit la performance des panneaux. Aussi, l’environnement doit être évalué dans sa globalité, en tenant compte des bâtiments voisins, des arbres et autres éléments naturels susceptibles d’altérer l’absorption de lumière.
Il est aussi nécessaire d’effectuer une étude structurelle de la toiture pour déterminer sa capacité à supporter le poids des panneaux. Leur charge est comprise, en général, entre 15 et 25 kg/m². Quant à la capacité de charge de la toiture, elle dépend des matériaux de couverture. Une toiture en ardoise ou bac acier supporte un poids d’environ 20 kg/m², une toiture en tuiles de béton environ 40 kg/m², une toiture en terre cuite jusqu’à 70 kg/m². Une charpente trop faible nécessite des renforcements.
L'énergie solaire se divise en trois grandes familles d'équipements :
Étudions chacune de ces technologies.
Les panneaux photovoltaïques convertissent directement la lumière du soleil en électricité grâce à des cellules composées, en majorité, de silicium. Ces cellules absorbent les photons contenus dans la lumière solaire et libèrent des électrons pour créer un courant électrique continu. Ce courant est ensuite transformé en courant alternatif par un onduleur avant d’être utilisé dans l’habitation ou injecté dans le réseau électrique.
Les panneaux thermiques, encore appelés capteurs solaires thermiques ou chauffe-eaux solaires, sont utilisés pour couvrir les besoins en chauffage et/ou en eau chaude sanitaire). Ils captent l'énergie solaire pour chauffer un fluide caloporteur (mélange d'eau et d'antigel). Ce fluide circule dans un circuit fermé. Son rôle ? Transporter la chaleur vers un ballon de stockage. Cette dernière y est ensuite transférée à l'eau sanitaire ou au système de chauffage domestique, via un échangeur thermique. Dans le détail, un dispositif de régulation analyse la température dans les capteurs et dans le ballon de stockage. Lorsque la température des premiers dépasse celle du second, le circulateur se met en marche pour transférer la chaleur collectée.
Cette nouvelle génération de panneaux permet de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur. Le rendement global de l’installation est ainsi optimisé. Ces équipements se déclinent en deux grandes familles : les panneaux hybrides à air et les panneaux hybrides à eau.
Les panneaux hybrides à air, aussi appelés panneaux aérovoltaïques, se nourrissent de la chaleur produite sous les panneaux. Exposés à l'arrière, les panneaux thermiques récupèrent puis diffusent l’air chaud dans l’habitation via un dispositif de ventilation. Les panneaux solaires photovoltaïques, exposés face au soleil, produisent de leur côté de l'électricité.
Ce système assure un refroidissement efficace des panneaux. Son fonctionnement ressemble à celui des panneaux hybrides air, à la différence qu’il utilise la circulation de l’eau et non pas de l’air pour fonctionner et produire à la fois de l'électricité et de l’eau chaude sanitaire.
Différentes technologies photovoltaïques existent pour maximiser la production électrique selon les contraintes d’installation et le budget des utilisateurs.
Les panneaux monocristallins sont composés d’un cristal unique de silicium. Ce procédé de fabrication favorise la circulation des électrons. Adaptés aux zones à faible ensoleillement, ils affichent un rendement élevé : jusqu’à 24 %, selon les modèles. Ils conviennent ainsi pour les installations dont la surface disponible est limitée. Leur couleur uniforme (bleu foncé ou noire) les rend esthétiques. En termes de prix, il faut compter aux alentours de 1 400 à 2 000 € en fonction de la puissance du panneau 3 à 9 kilowatts-crête (KWc).
Les panneaux polycristallins utilisent plusieurs cristaux de silicium. Avec un rendement jusqu’à 18 %, ces panneaux conviennent aux zones à fort ensoleillement. Leur aspect floconneux et leur teinte bleue nuancée les rendent plus visibles en comparaison des panneaux monocristallins. À puissance équivalente, l’espace requis est aussi plus élevé. Côté budget, le coût d’un panneau monocristallin est aujourd’hui équivalent à celui d’un panneau polycristallin.
La technologie dite « en couche mince » repose sur des matériaux semi-conducteurs déposés en couches très fines (0,5 à 3 microns (μm)) sur un substrat en verre, en métal ou en plastique.
Parmi les matériaux les plus courants, nous retrouvons :
Les modules, souples, ont l’avantage de pouvoir être installés sur des surfaces non conventionnelles. Ces types de panneaux solaires photovoltaïques se distinguent aussi par leur capacité à produire de l’énergie même en conditions de faible luminosité. Leur excellente résistance aux températures élevées leur permet également de maintenir de bonnes performances dans les régions chaudes, là où les panneaux cristallins montrent leurs limites.
Certains panneaux dits « bifaciaux » intègrent de part et d’autre des plaques de verre pour à la fois protéger les cellules photovoltaïques et récupérer davantage de lumière. D’autres, encore en développement, sont fabriqués à base de pérovskite ou de matériaux organiques, comme les polymères ou les molécules de synthèse.
Le pérovskite est un cristal à la structure particulière apprécié pour sa haute capacité d’absorption. En conditions de laboratoire, son rendement se situe aux alentours de 27 %. Les modules organiques affichent quant à eux un rendement compris entre 10 et 20 %.
Encore connus sous le nom de « stations solaires », les panneaux plug and play n’ont, à la différence des autres types de panneaux solaires, pas besoin d’être raccordés au compteur électrique. Ils se branchent sur une prise standard. Leur rendement varie selon la technologie choisie.
La filière thermique compte quatre principales familles d’équipements :
Le capteur plan vitré est le plus répandu pour les applications domestiques. Il se compose d’un boîtier isolé, d’une plaque absorbante et d’un couvercle transparent qui permet de maximiser la transmission lumineuse, tout en limitant les pertes de chaleur. Il convient au chauffage et à la production d’eau chaude sanitaire.
Plus isolants, les capteurs à tubes sous vide limitent les pertes thermiques. Ces tubes sont adaptés aux climats froids ou aux besoins de température élevée. Leur coût est 30 à 50 % plus élevé par rapport à un capteur plan vitré.
Les capteurs non vitrés, rigides ou souples, conviennent pour le chauffage de piscines hors-sol. Leur rendement est limité à basse température, mais leur coût reste abordable.
Le système monobloc, également appelé thermosiphon, est une solution clé en main pour la production d’eau chaude sanitaire. Le chauffe-eau, à installer sous la toiture, doit se trouver à une hauteur plus importante par rapport à celle des panneaux solaires pour favoriser la circulation naturelle du liquide dans le circuit. Le tarif de ce système est plus attractif par rapport au thermosiphon à éléments séparés, mais les déperditions de chaleur en hiver sont plus importantes.
Avant de faire un choix parmi les différents types de panneaux, plusieurs critères doivent être pris en considération.
En fonction du niveau d’ensoleillement, les panneaux monocristallins affichent un rendement de 16 à 24 %. Pour les équipements polycristallins, il est compris entre 14 et 18 % et pour les équipements en couche mince, entre 6 et 17 %.
Le coût initial du projet varie en fonction du type de panneau solaire (technologie, marque…), des spécificités du chantier et du professionnel. Concernant les panneaux solaires photovoltaïques, il faut par exemple compter un budget de 9 500 à 17 000 € pour une installation de 6 kWc.
Les aides participent à réduire le coût de l’investissement :
Prime à l’autoconsommation pour les équipements d’une puissance ≤ 100 kWc.
TVA à 5,5 % pour les installations éligibles d’une puissance ≤ à 9 kWc.
Subventions régionales.
La durée de vie d’un panneau solaire (jusqu’à 40 ans) joue par ailleurs un rôle important dans la rentabilité globale de l’investissement.
L’entretien régulier des panneaux prolonge leur durée de vie. Les constructeurs proposent des garanties de performance sur une période de 25 ans, sous réserve de bien respecter les consignes d’entretien :
nettoyage des panneaux,
vérification de l’état des composants, en particulier l’onduleur (pour le PV) et l’isolation (pour le thermique). NB : un onduleur doit être remplacé en moyenne tous les 10 à 15 ans (20 à 25 ans pour un micro-onduleur).
Pour en savoir plus, découvrez notre article sur le nettoyage et l’entretien des panneaux solaires.
Le choix du type de panneau dépend des contraintes architecturales (bâtiments classés, soumis à règlement d’urbanisme…). Les panneaux « full black » ou verre-verre sont privilégiés pour une intégration discrète ou en façade.
La technologie solaire doit être choisie selon l’objectif recherché : autoconsommation électrique (PV), production d’eau chaude sanitaire (thermique), ou production simultanée d’électricité et de chaleur (solution hybride).
Pour sélectionner la solution la mieux adaptée parmi les différents types de panneaux solaires existants, il est conseillé de se rapprocher d’un professionnel certifié RGE (reconnu garant de l’environnement).
Sur le marché, les panneaux monocristallins présentent aujourd’hui le meilleur rendement soit jusqu’à 24 %.
Le panneau monocristallin est fabriqué à partir d’un unique cristal de silicium, le panneau polycristallin provient de plusieurs cristaux de silicium assemblés.
Nous distinguons les panneaux monocristallins, polycristallins et en couche mince.
