Faut-il préférer les installations solaires thermiques ou photovoltaïques ?

Aujourd’hui, les panneaux solaires thermiques constituent la meilleure solution pour satisfaire les besoins en eau chaude. Mais dans quelques années, avec les progrès attendus de la technologie, il deviendra de plus en plus intéressant d’un point de vue économique et énergétique de couvrir l’ensemble des besoins en énergie d’un bâtiment avec des panneaux solaires photovoltaïques, couplés à une pompe à chaleur.

Selon les principes de l’efficacité énergétique, pour produire de l’eau chaude à partir du soleil, il faudrait effectuer la conversion la plus directe possible entre le rayonnement solaire et l’eau chaude. Il semble donc bien plus logique d’utiliser des panneaux solaires thermiques de manière directe (avec un rendement théorique de plus de 60 %, mais en pratique de 25 à 40 %), plutôt que d’alimenter un chauffe-eau avec de l’électricité produite par des panneaux solaires ayant un rendement bien inférieur (de l’ordre de 16 %). A priori, il n’y a pas photo !

La situation n’est cependant pas aussi simple qu’elle en a l’air.

Les installations solaires thermiques sont composées de capteurs solaires dans lesquels circule de l’eau (en circuit fermé), chauffée directement par le rayonnement solaire puis stockée dans un boiler. Pour des raisons esthétiques, mais aussi à cause du risque de gel (malgré l’ajout d’antigel dans l’eau du circuit), la plupart des installations de ce type en Suisse ne placent pas le boiler sur le toit, immédiatement au-dessus des capteurs solaires, comme on le voit dans certains pays du sud de l’Europe. En règle générale, en Suisse, le boiler se trouve au sous-sol, et l’eau circule sur toute la hauteur du bâtiment au moyen de pompes, avec des vannes de régulation et des capteurs pour assurer le réglage.

En outre, la plus forte production d’eau chaude a lieu durant l’été. Cette saison coïncide souvent avec une période de vacances, au cours de laquelle il existe un risque de surchauffe. Pour prévenir ce risque, il faut des dispositifs complémentaires permettant de dissiper une partie de l’énergie et d’éviter une surpression dans le circuit avec dégradation du fluide antigel.

Par ailleurs, il convient d’introduire un chauffage d’appoint pour produire l’eau chaude en période pluvieuse. En fin de compte, l’ensemble de ces équipements rendent les installations solaires thermiques relativement coûteuses, entre 2000 et 3000 CHF/m2 de panneaux lorsqu’elles sont montées dans des bâtiments existants (nettement moins dans un bâtiment neuf). Leur efficacité dépend fortement de leur utilisation : si l’eau chaude produite est consommée, le rendement des installations solaires thermiques peut dépasser 60 %. Par contre, si elle n’est pas utilisée, le rendement est évidemment nul ! Il est donc important de dimensionner correctement l’installation en fonction des besoins réels.

Une approche concurrente consiste à recourir à des panneaux solaires photovoltaïques et d’utiliser une partie de l’électricité produite pour alimenter une pompe à chaleur afin de produire l’eau chaude sanitaire et de satisfaire les besoins de chauffage des locaux [→ Q27]. Lorsque la pompe à chaleur se trouve à l’arrêt (notamment en période de vacances), cette stratégie présente l’avantage de pouvoir injecter dans le réseau l’électricité provenant des panneaux photovoltaïques, au lieu de devoir dissiper l’énergie des capteurs solaires thermiques.

Compte tenu des progrès constants de la technologie des panneaux photovoltaïques et des pompes à chaleur, l’efficacité de ce type de système combiné est maintenant supérieure à 60 %, dépassant ainsi le rendement effectif des installations thermiques, tout en possédant encore une marge de progression. Les coûts de ces installations restent encore élevés, mais ils baissent régulièrement alors que le prix des installations solaires thermiques a tendance à stagner.