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Les technologies de l'électricité solaire et de l'eau chaude et celles du chauffage solaire sont bien différentes. Il existe pourtant des capteurs solaires qui ont les deux fonctions : couverts de cellules photovoltaïques, ils produisent du courant électrique, et ils sont également parcourus de tuyaux (échangeurs) qui récupèrent en plus la chaleur solaire. Reste à savoir comment marchent les panneaux solaires hybrides et quel est leur intérêt.
Principe et fonctionnement des panneaux solaires hybrides
Les panneaux solaires hybrides sont à la fois des panneaux photovoltaïques et des panneaux solaires thermiques. C'est pour cela qu'on les appelle aussi « panneaux PV/T ». Ils produisent à la fois de l'électricité et de la chaleur hydraulique, qui peut être utilisée pour produire de l'eau chaude sanitaire, pour chauffer une piscine et même pour le chauffage par plancher chauffant (ou radiateurs) basse température. Il s'agit donc d'une cogénération : production simultanée d’électricité et de chaleur.
Le fonctionnement d'un panneau solaire hybride photovoltaïque/thermique s'apparente à celui d'un capteur solaire thermique classique, dont le vitrage est remplacé par des cellules photovoltaïques. C'est-à-dire que le panneau est composé de petits tuyaux dans lesquels circule un antigel qui est chauffé par l'énergie solaire.
Dans un capteur solaire thermique, un isolant en sous-face permet d'éviter que cette chaleur soit dissipée, mais il n'est pas systématiquement présent dans un capteur hybride. Par ailleurs, certains fabricants optimisent le transfert de chaleur entre la face avant photovoltaïque et la circulation d’eau antigel, grâce à un échangeur thermique complètement intégré dans le panneau.
À noter : concernant la partie électricité, comme pour les capteurs photovoltaïques, les capteurs hybrides produisent du courant continu. Un onduleur permet de le transformer en courant alternatif, qui peut être utilisé directement chez vous et/ou vendu sur le réseau électrique.
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Intérêt des panneaux solaires hybrides
En plus d'être un système de production d'énergie silencieux, qui n’émet pas de pollution et qui utilise l'énergie solaire naturellement gratuite et inépuisable, les capteurs hybrides ont une durée de vie de plus de 20 ans et ne nécessitent quasiment pas d'entretien.
Économiser de l'espace en combinant la production électrique et thermique sur une même surface : l'avantage des capteurs mixtes par rapport à une installation photovoltaïque classique d'une part et des panneaux solaires thermiques d'autre part est le gain de place et l'homogénéité esthétique des capteurs.
Augmenter la production photovoltaïques en abaissant la température des cellules : le rendement des capteurs photovoltaïques baisse à mesure que la température augmente. La baisse de rendement est estimée à 0,5 % par degré supplémentaire. Or, une partie du rayonnement solaire n'est pas convertie en électricité et se dissipe sous forme de chaleur, augmentant la température de la cellule par rapport à la température ambiante.
L'échangeur thermique limite la montée en température des cellules et permet donc une production supplémentaire d'électricité photovoltaïque d'environ 10 %.
Remarque : certains fabricants annoncent une augmentation de production d'électricité de 40 % par rapport à une installation photovoltaïque classique, mais ce chiffre paraît disproportionné !
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Coût et dimensionnement des panneaux solaires hybrides
Le coût d'une installation de capteurs hybrides, associés à un ballon d'eau chaude sanitaire, est à peu près le même (voire un peu moins cher) que le coût total d'une installation photovoltaïque de la même puissance, d'une part et d'un chauffe-eau solaire avec un ballon du même volume et le même taux de couverture, d'autre part.
Exemple : Dual Sun annonce un coût clé en main de 14 500 € HT pour une installation de 3 kWc (puissance photovoltaïque), qui fait aussi l'eau chaude solaire.
Le dimensionnement se fait en fonction des besoins de chaleur, par exemple, pour produire la moitié des besoins d'eau chaude sanitaire toute l'année et 100 % en dehors de la saison de chauffe. Ce taux de couverture est généralement ce qui est pratiqué pour un chauffe-eau solaire : c'est le meilleur rapport coût-économie.
Pour la partie électricité, la production est proportionnelle à la surface et dépend de l'inclinaison, de l'orientation et de la zone géographique. L'électricité peut être auto-consommée et/ou vendue sur le réseau (ce qui est généralement plus intéressant).
Attention : la multiplication des connexions hydrauliques augmente le risque de fuite entre chaque capteur. Or, comme ces connexions se situent sous les capteurs, cela complique la réparation d'une éventuelle fuite.