Comment fonctionne l’énergie solaire thermique ?

Avant d’entrer dans le vif du sujet, un rapide détour par la définition de l’énergie solaire.

Elle provient du rayonnement électromagnétique du soleil, capté et converti en chaleur ou en électricité.

Contrairement à l’électricité produite par la combustion de combustibles fossiles, l’énergie produite par des panneaux solaires : 

• est renouvelable et inépuisable
• n’émet pas de dioxyde de carbone  (CO₂) dans l’atmosphère

L’énergie solaire thermique est donc l’énergie issue de la transformation des rayons du soleil en chaleur.

Définition panneaux solaires : Un panneau solaire est un appareil installé au sol, sur les toits ou sur des ombrières, qui utilise la lumière du soleil pour produire de l’énergie électrique ou de la chaleur. L’énergie thermique ainsi générée sert à fournir de l’eau chaude.

Énergie solaire thermique : définition

L’énergie solaire thermique est produite grâce à un dispositif de panneaux solaires.

Les panneaux solaires thermiques absorbent la chaleur issue du rayonnement solaire frappant la plaque et la transfèrent à un fluide appelé “caloporteur” (c’est-à-dire qui transporte la chaleur).

Ce fluide chauffé passe ensuite dans votre ballon pour y chauffer l’eau sanitaire.

Quel est le fonctionnement des panneaux thermiques ?

Les panneaux thermiques produisent de l’eau chaude sanitaire. 

Ne les confondez pas avec les panneaux photovoltaïques qui génèrent de l’électricité.

Un panneau thermique capte les rayons du soleil pour chauffer un fluide caloporteur placé sous les panneaux. 

Le fluide caloporteur est généralement composé d’eau et d’une solution antigel.

Une fois chaud, ce fluide se dirige vers un ballon de stockage où il réchauffe l’eau utilisée dans vos robinets, lavabos et douches. 

Dans un système solaire combiné, le ballon de stockage peut être connecté à deux circuits d’eau chaude : l’un pour l’eau chaude sanitaire et l’autre pour le chauffage des radiateurs à eau ou d’un plancher chauffant.

Quels sont les différents capteurs solaires thermiques ?

Les panneaux thermiques sont de plusieurs types :

• Capteur thermique plan vitré : c’est le plus courant dans le secteur résidentiel. Il comporte une plaque métallique noir qui absorbe le rayonnement solaire et est en contact avec des tubes contenant le fluide caloporteur. Un isolant résistant aux hautes températures est placé en dessous pour conserver la chaleur. Un vitrage en verre trempé protège les tubes et crée un effet de serre pour chauffer davantage le fluide.
• Capteur thermique tubulaire sous vide : il est composé de plusieurs tubes en verre alignés, chacun contenant une plaque métallique noire qui absorbe l’énergie solaire. Les tubes sont placés sous vide pour limiter les pertes de chaleur. Idéal pour des conditions extrêmes, mais en conditions normales, le capteur thermique solaire plan vitré suffit.
• Capteur thermique plan non vitré : il est utilisé pour le chauffage des piscines. Moins coûteux, il est aussi moins performant et plus susceptible de se dégrader car il n’est pas protégé par un vitrage.
• Capteur thermique monobloc : il est équipé d’un ballon de stockage placé directement sur le toit, rapprochant ainsi le ballon d’eau du panneau. Cependant, le ballon est plus exposé aux pertes de chaleur en raison de son contact avec l’air extérieur.

Quel est le rendement d’un panneau thermique ?

Le rendement d’un panneau thermique s’exprime en pourcentage : plus il est élevé, meilleur est le rendement. 

La formule à retenir est : Rendement (%) = Puissance électrique produite / Puissance solaire reçue

Selon Selectra, les panneaux thermiques ont un rendement pouvant aller jusqu’à 40 %.

Ce rendement est calculé dans des conditions optimales (ensoleillement, inclinaison, etc.). 

En réalité, le rendement varie fortement selon plusieurs facteurs :

• Le niveau d’ensoleillement ;
• L’inclinaison des panneaux (idéalement autour de 30°, selon la région) ;
• L’orientation du toit (plein sud) ;
• La présence d’ombre sur le toit, etc.

Le rendement des panneaux thermiques dépend aussi du type de capteur. 

Le capteur thermique à tube sous vide ont un rendement moyen de 50 %, tandis que les panneaux plans vitrés peuvent atteindre 80 %.

Quel est le prix d’un panneau thermique ?

Le coût d’un panneau thermique varie en fonction de plusieurs facteurs, notamment la surface totale des capteurs et la technologie utilisée. 

En moyenne, prévoyez environ 400 € par mètre carré pour un panneau thermique.

Pour installer un chauffe-eau solaire thermique incluant les panneaux thermiques, le ballon de stockage et tout l’équipement nécessaire, prévoyez un coût total entre 6 000 et 8 000 €.

Quels sont les avantages et inconvénients de l’énergie solaire thermique ?

Les avantages des panneaux thermiques

Une énergie renouvelable et propre

• L’énergie solaire thermique utilise la lumière du soleil, une ressource inépuisable. Le soleil fournit une source d’énergie constante et disponible partout dans le monde, ce qui en fait une option durable à long terme.
• Elle ne produit pas de gaz à effet de serre ni de pollution atmosphérique : contrairement aux combustibles fossiles, l’énergie solaire thermique n’émet pas de dioxyde de carbone ou d’autres polluants, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique.

Une réduction des factures énergétiques

• L’énergie solaire thermique diminue les coûts de chauffage de l’eau : en utilisant des panneaux thermiques pour chauffer l’eau, les ménages et les entreprises peuvent réduire significativement leurs dépenses énergétiques.
• Elle peut réduire la dépendance aux énergies fossiles : en intégrant l’énergie solaire thermique, on diminue la nécessité d’utiliser des sources d’énergie non renouvelables, ce qui peut aussi stabiliser les coûts énergétiques à long terme.

Des incitations et subventions gouvernementales 

• L’État offre des aides financières pour l’installation de systèmes solaires thermiques : ces aides, comme l’Éco PTZ ou MaPrimeRénov, peuvent prendre la forme de  subventions directes ou de prêts à taux réduit, rendant l’investissement initial plus abordable.

L’indépendance énergétique

• Les panneaux thermiques réduisent la dépendance vis-à-vis des fournisseurs d’énergie traditionnels : en produisant sa propre énergie, on devient moins vulnérable aux fluctuations des prix de l’énergie et aux interruptions d’approvisionnement.

Les inconvénients des panneaux thermiques

La dépendance au soleil

• Une efficacité réduite par temps nuageux ou durant la nuit : les panneaux solaires thermiques nécessitent un ensoleillement direct pour fonctionner de manière optimale, pouvant limiter leur efficacité dans certaines régions ou périodes de l’année.
• La nécessité d’un ensoleillement suffisant pour être rentable : dans les zones dans lesquelles le soleil est moins présent, l’investissement peut ne pas être rentabilisé aussi rapidement.

Entretien régulier nécessaire

Parce que le système thermique est fragile, il est nécessaire de l’entretenir régulièrement afin d’assurer sa longévité.

Ainsi, il est recommandé de procéder à une vidange régulière du circuit de transport du liquide caloporteur. 

Par ailleurs, Qualit’EnR rappelle qu’il est nécessaire d’effectuer un contrôle périodique (au moins 1 fois par an) des différentes parties du système thermique : 

• Fluides (contrôle de la pression du circuit, de la pompe de circulation, du niveau des systèmes non pressurisés, du fluide solaire, etc.)
• Le stockage (contrôle du mitigeur thermostatique, de la protection anti-corrosion, etc.)
• La régulation (contrôle des seuils d’enclenchement, des paramètres de température, etc.)
• Les capteurs et les tubes de chaufferie (contrôle de l’isolant, recherche de fuites, etc.)

Une possible déperdition de chaleur 

• Au-dessus de 25 °C, les degrés supplémentaires provoquent de la déperdition énergétique : avec le système d’agitation thermique installé dans la cellule, la puissance du panneau diminue, entraînant une production d’énergie moins importante.

Un investissement initial élevé

• Le coût d’installation et d’équipement est relativement élevé : l’achat et l’installation des panneaux peuvent représenter un coût important, bien que les subventions puissent aider à compenser cette dépense.
• L’énergie solaire thermique peut nécessiter des subventions ou des prêts pour être accessible : sans aides financières, le coût initial peut être un obstacle pour de nombreux ménages ou entreprises.

Un espace dédié requis

• De grandes surfaces sont nécessaires pour installer les panneaux solaires thermiques : l’énergie solaire thermique doit être installée sur le toit ou au sol, ce qui peut poser un problème dans les zones urbaines ou pour les bâtiments de petite taille.

Un stockage nécessaire pour maximiser l’utilisation

• Les systèmes de stockage (comme les réservoirs d’eau chaude) peuvent être coûteux : pour maximiser l’utilisation de l’énergie solaire thermique, il est souvent nécessaire d’investir dans des réservoirs de stockage, augmentant le coût total du système.

Un impact esthétique sur les bâtiments

• Les panneaux peuvent altérer l’apparence des bâtiments ou des paysages : certains peuvent trouver que les panneaux thermiques perturbent l’esthétique d’une maison ou d’un quartier, pouvant être un frein à leur adoption. En particulier pour les panneaux monoblocs où le ballon de stockage est apparent sur le toit.

Conclusion : et si vous optiez pour le solaire 2 en 1 ?

Pourquoi devoir choisir entre : 

• produire de l’électricité avec des panneaux photovoltaïques
• ou produire de l’eau chaude sanitaire avec des panneaux solaires thermiques 

Car il  existe une technologie 2 en 1 : le panneau solaire hybride.

Comme un panneau photovoltaïque classique, il produit de l’électricité depuis sa face avant.

Mais au lieu de perdre la chaleur emmagasinée, il la convertit en chaleur pour chauffer de l’eau !

Vous produisez donc deux fois plus d’énergie qu’un panneau solaire conventionnel.

Vous économisez à la fois sur la partie électricité de votre facture, et sur la partie eau chaude !  

Yann de Dualsun

Rédacteur expert

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