LES PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES

On distingue deux types de panneaux solaires :

- les panneaux solaires thermiques, appelés capteurs solaires thermiques ou simplement capteurs solaires, qui piègent la chaleur des rayonnements solaires et la transfère à un fluide caloporteur ;
- les panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques ou simplement panneaux solaires, qui convertissent la lumière en électricité. Le solaire photovoltaïque est communément appelé PV.

Dans les deux cas, les panneaux sont habituellement plats, d'une surface approchant plus ou moins le m² pour faciliter et optimiser la pose. Les panneaux solaires sont les composants de base de la plupart des équipements de production d'énergie solaire.

Les panneaux solaires thermiques sont actuellement plus efficients et rentables que les modules photovoltaïques grâce à un prix beaucoup moins élevé et un rendement (sur l'installation totale) avoisinant les 50 % (voir capteur solaire thermique), même si l'énergie qu'il permettent de récupérer est obtenue sous une forme de moindre valeur (eau chaude à température sanitaire au lieu d'électricité). Les capteurs thermiques sont tout aussi rentables sous des latitudes élevées (nord de la France, Belgique, Canada,....) que dans les zones ensoleillées. A l'inverse, les panneaux solaires (photovoltaïques) ne sont actuellement rentables qu'en l'absence de réseau électrique, à moins qu'une subvention sous une forme ou une autre ne vienne compenser les surcoûts. A titre de comparaison, seulement 10% du rayonnement solaire est transformée en un vecteur d'énergie exploitable (électricité).

Pour estimer le potentiel de l'énergie solaire, il faut savoir que l'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en environ une heure devrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an. En théorie, un carré de panneaux solaires de 344 km de côté (120 000 km²) pourrait couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité : le rendement d'une installation photovoltaïque étant estimé entre 15-17 % (en 2007 en Europe) soit 160 kWh/an/m² (ou 160 GWh/an/km²2) avec des besoins mondiaux estimés à 19 000 TWh (chiffre 2006; 16 000 TWh en 20043). Dans le cas de l'Europe des 27 (3 000 TWh), une surface de 137 km de côté (19 000 km²) suffirait, tandis que dans le cas de la France (500 TWh), il faudrait qu'elle ait 56 km de côté (3 100 km²).

D'une manière générale, on considère que la totalité de la surface des toitures existantes, correctement exposées et couvertes de panneaux, pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité.

Les capteurs solaires (panneaux solaires thermiques)

Il existe deux grands types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les systèmes aérothermiques (capteurs à air et systèmes pariétodynamiques plus ou moins passifs).

- Dans les capteurs thermiques " à eau ", l'eau ou plus souvent un liquide caloporteur, (cf chauffe-eau solaire) circule dans des tubes munis d'ailettes en circuit fermé. Pour obtenir un meilleur rendement, l'ensemble est placé dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en eau chaude sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffire. Les ailettes, qui forment ce qu'on appelle l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur au liquide caloporteur qui circule dans les tubes. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe eau solaire individuel (CESI). C'est actuellement la solution la plus rentable en termes de solaire. Les systèmes solaires combinés (SSC) commencent à se développer. Ils ont pour objectif de produire de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude destinée à participer au chauffage du logement. Ces systèmes permettent d'économiser de l'ordre de 350 kWh par an et par m² de capteurs 4.

- Dans les capteurs thermiques " à air ", de l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs ou dans une zone d'effet de serre. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats, généralement pour le chauffage et parfois pour des usages industriels ou agricoles (séchage des productions).

En France le " Plan Soleil ", lancé en 2000 par l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'État, des Régions, de certains Départements et de certains regroupements communaux.

Panneau solaire à Marla dans le cirque de Mafate, à la Réunion.

Panneaux solaires photovoltaïques

Panneau solaire à Marla dans le cirque de Mafate, à la Réunion.
Les panneaux solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle.
Ils peuvent s'installer sur des supports fixes au sol ou sur des systèmes mobiles de poursuite du soleil appelés trackers, dans ce dernier cas la production électrique augmente d'environ 30 % par rapport à une installation fixe. En dehors de centrales solaires, les installations fixes se font actuellement plutôt sur les toits des logements ou des bâtiments, soit en intégration de toiture, soit en surimposition. Dans certains cas, on pose des panneaux verticaux en façade d'immeuble, cette inclinaison n'est pas optimum pour la production d'électricité, mais comme ces panneaux remplacent le revêtement de façade, l'économie réalisée sur le revêtement compense une production plus faible.

Production mondiale
La production mondiale de panneaux est principalement répartie entre la Chine, l'Allemagne et les États Unis. Il s'agit majoritairement d'assemblage (encapsulement / mise en place du cadre / boîtier de protection /...) car 80% de la production mondiale de cellules photovoltaïques vient de Chine. Aujourd'hui de grandes marques internationales font produire leurs modules en Asie et parfois réalisent une étape de transformation sur le produit. D'autres grandes entreprises sous-traitent simplement leur production.

Aspects environnementaux
Comme beaucoup de processus industriels, la fabrication des panneaux solaires présente des risques pour l'environnement, notamment en matière de réchauffement climatique. Cette fabrication (plus transport, pose, etc.) nécessite en outre de l'énergie. Mesurée en nombre d'année de production par le panneau, en 2004, le département Américain de l'Energie estimait cette durée à 4 ans maximum. Les fabricants cherchent à réduire au maximum les coûts et les besoins en matériau (silicium notamment), ce qui a incidemment pour effet de réduire la consommation d'énergie sur le cycle de vie du panneau, réduisant la durée de remboursement de l'énergie investie.
Du point de vue du bilan en dioxyde de carbone, sur un cycle de vie de 20 ans, l'émission de CO2 par kWh électrique produit par un panneau photovoltaïque représente selon le type considéré de 7 à 37% des émissions par kWh produit par une centrale thermique classique.