Comment maximiser la récupération de l’énergie solaire en toiture ?
Pile ou face : avec une face côté soleil, pour produire l’électricité, et l’autre face, côté verso, pour capter la chaleur, l’idée d’un système hybride est simple et efficace.
La chaleur peut être captée par aéraulique ou par un fluide
Les cellules photovoltaïques sont placées sur la couche frontale du module et sont connectées, comme dans le cas d’un panneau solaire photovoltaïque normal, à un système électrique pour l’acheminement du courant dans le local.
Dessous, un échangeur thermique capte la chaleur générée par le rayonnement solaire et le fonctionnement des capteurs photovoltaïques.
Deux techniques sont possibles pour capter la chaleur perdue : la récupération peut être faite soit par un circuit air, soit par un circuit fluide glycolé ou eau, qui est utilisée pour préchauffer :
- de l’eau : le fluide caloporteur circule à travers les tubes des capteurs thermiques pour récupérer la chaleur et l’acheminer jusqu’à un ballon tampon (comme une installation thermique classique) ;
- de l’air : la circulation d’air sous les panneaux va être assurée grâce à un réseau de gaines et couplé à un système de ventilation adapté.
Un marché prometteur qui couvre des besoins variés
Les solutions existent et sont optimales avec les deux techniques vecteur air ou vecteur eau.
Citons DualSun qui intègre en sous-face de son panneau un échangeur thermique à fluide caloporteur.
Systovi, également sur le principe du vecteur air, propose un panneau étanche à l’air pour maximiser la récupération d’énergie. la solution est destinée à l’habitat individuel ou au petit collectif, et permet de couvrir une partie des besoins de chauffage et d’ECS avec une performance qui va bien au-delà de la ventilation double flux.
EPC Solaire propose pour grandes toitures plates une solution avec une structure de fixation particulière en sous-face d’un panneau photovoltaïque classique
« Notre solution peut être associée à n’importe quel panneau photovoltaïque standard : c’est la structure de fixation qui joue le rôle de collecteur thermique ; le procédé, entièrement fabriqué en région lyonnaise, est livré préassemblé, ce qui permet une excellente qualité et rapidité de pose par l’étancheur qui vient souder les structures. Ensuite, l’électricien s’occupe de la pose et du raccordement du système photovoltaïque de façon classique. Enfin, le caisson de raccordement à la gaine principale est plutôt du ressort du lot CVC », précise Jean-Paul Bousquet, directeur général de EPC Solaire.
Dans le cas de l’installation avec un système hybride à fluide caloporteur, des flexibles permettent une installation rapide et une compatibilité avec les principaux équipements thermiques du marché.
En toiture plate, la pose à plat est plus que rentable
« Malgré une perte de production électrique d’environ 15 % par rapport à des systèmes inclinés à 20°, la pose à plat permet une densité au m² deux fois plus importante, et ainsi une production de kWh par bâtiment supérieure de 35 %. Si on y ajoute la récupération de l’énergie thermique, le système présente une rentabilité intéressante », explique Jean-Paul Bousquet.
Chaque année, le marché de l’étanchéité sur les toitures plates est d’environ 22 millions de m2 (source FFB), le potentiel tant électrique que chaleur associée est donc important.
À raison d’environ 100 MWh pour 1 000 m2, le potentiel avoisine les 22 millions de MWh, soit l’équivalent de la production de plusieurs réacteurs nucléaires.
Pour une même surface, le panneau hybride c’est 1,5 à 3 fois plus d’énergie solaire captée qu’un panneau photovoltaïque classique.
Soit, pour environ 1KW électrique, on obtient entre 0,4 et 2 KW chaleur.
« Cependant, le rendement thermique est avant tout à déterminer en fonction des besoins réels du bâtiments et conditions d’emploi de l’énergie chaleur » précise Jean-Paul Bousquet.
Par exemple, pour un projet de piscine où les besoins en chaleur sont constants été comme hiver, le ratio entre énergie électrique est dimensionné à 65% (1 KW électrique pour 0,65 KW chaleur). Pour un dispositif industriel de séchage, le ratio peut être de 1, voire plus.
Ensuite, le rendement des cellules photovoltaïques est amélioré, avec un gain potentiel de 5 à 15 % du fait du refroidissement procuré par la circulation en sous-face ; certains fabricants annoncent des gains supérieurs en tenant compte également du moindre vieillissement des cellules photovoltaïques et donc d’une moindre diminution du rendement des cellules dans le temps.
Ajoutons que l’on peut économiser de l’espace en combinant la production électrique et thermique sur une même surface de toit.
Cependant, comme pour le solaire thermique classique, le solaire hybride ne peut pas fonctionner de manière indépendante et doit être couplé à un autre système de production de chaleur, la nuit par exemple (thermodynamique, chaudière, PAC ou simplement une batterie chaude ou chauffe-eau classique…).
Et, quelle que soit la solution choisie, la production solaire thermique par m² n’est pas optimisée par rapport à un capteur thermique traditionnel, mais propose des coûts bien inférieurs. Suivant les solutions et besoins à couvrir, le coût du kW chaleur produit peut être extrêmement compétitif. Pour exemple, Jean Paul Bousquet illustre : «Avec notre solution, nous produisons autour de 100kWh/an/m² à comparer à un panneau thermique qui est plutôt de 500kWh/an/m² en France, mais à un coût 25 fois plus faible ! ». Soit environ 2 à 3centimes du kWh chaleur pour une installation en exploitation sur 25 ans. Une relance du photovoltaïque pourrait peut-être aussi se dessiner au travers des solutions de panneaux hybrides… À suivre.
Jean-François Moreau
