Le panneau solaire : fonctionnement, installation, dimensionnement, inclinaison

Valorisant une énergie infinie et non polluante, les panneaux solaires thermiques et photovoltaïques génèrent respectivement de la chaleur ou de l’électricité grâce à l’énergie véhiculée par les rayons du soleil. Ils peuvent être installés en toiture, sur les murs ou directement au sol si la configuration des lieux le permet, pour un budget oscillant généralement entre 12 000 € et 14 000 € pour des ménages de taille moyenne. La surface, l’exposition et l’inclinaison des panneaux solaires conditionnent la quantité d’énergie produite et doivent donc être définies avec soin en fonction du projet.

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Les panneaux solaires peuvent utiliser l’énergie du soleil de 2 manières :

• Les panneaux solaires thermiques sont constitués d’une partie absorbante, souvent de couleur noire, qui chauffe sous l’effet des rayons, et d’un réseau de canalisations. La chaleur est transmise au fluide caloporteur qui y circule, puis ce fluide est acheminé dans le logement pour subvenir à des besoins d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.
• Les panneaux solaires photovoltaïques sont composés d’éléments minéraux à base de silicium, dont les caractéristiques électro-chimiques permettent de créer de l’électricité au contact des rayons de lumière. Le courant continu généré est converti en courant alternatif puis injecté sur le réseau commun ou utilisé sur place pour faire fonctionner les équipements du logement.

Les méthodes de pose sont similaires pour les capteurs solaires thermiques et les capteurs solaires photovoltaïques :

• L’installation la plus courante est en toiture :
  • Dans le cas d’une intégration au bâti des panneaux solaires, ou intégration totale, les panneaux solaires remplacent la couverture et remplissent aussi la fonction d’étanchéité.
  • Dans le cas d’une surimposition des panneaux solaires, aussi appelée intégration simplifiée au bâti, les panneaux sont disposés par-dessus les tuiles, ardoises ou un autre système d’étanchéité, comme le bac acier.
• La pose au sol sur châssis dédié permet plus de souplesse sur l’inclinaison et l’exposition, mais il est parfois difficile de trouver un emplacement sans ombre tout au long de la journée.
• La pose au niveau des murs est également possible, elle présente l’avantage d’être économique.

Quel que soit le type d’installation, l’exposition des panneaux solaires est déterminante afin de maximiser la quantité de rayons captée sur 24 heures. Dans l’hémisphère nord, il est conseillé de choisir une exposition plein sud, ou bien sud-est ou sud-ouest en fonction des obstacles environnants : arbres hauts, immeubles, montagnes…

De plus, il est nécessaire de porter une attention particulière au type de branchement des panneaux. Il peut être réalisé en série, en parallèle ou mixte. Nous vous conseillons de demander conseil à un professionnel.

L’inclinaison est un facteur très important pour améliorer le rendement* des panneaux solaires. Les capteurs assimilent une plus grande quantité d’énergie lorsque les rayons lumineux arrivent perpendiculairement, c’est-à-dire avec un angle de 90° par rapport à la surface des panneaux. Par exemple, lorsque le soleil est au plus haut dans le ciel, le positionnement idéal est donc à l’horizontale.

Le soleil se trouve à différents emplacements dans le ciel au cours de la journée, mais aussi au cours de l’année : il est plus bas en hiver. Il est donc impossible de maintenir un angle d’arrivée des rayons sur les panneaux solaires de 90° si les panneaux solaires sont fixes. L’enjeu est de choisir une inclinaison des panneaux solaires offrant le meilleur compromis entre les différents moments de la journée et de l’année : cela correspond à une valeur comprise entre 30° et 35° dans la plupart des situations en France métropolitaine.

Il existe aussi des systèmes mobiles capables d’adapter l’exposition et/ou l’inclinaison des panneaux solaires au fil du temps, mais ils sont plus coûteux et peu répandus pour un usage particulier.

*Le rendement énergétique désigne le rapport entre l’énergie nécessaire à un équipement pour fonctionner (l'énergie absorbée) et sa capacité à produire lui-même de l’énergie (l'énergie utile).

Pour bien dimensionner une installation solaire, la première étape est de définir précisément ses objectifs :

• Connaître sa consommation énergétique actuelle, en kWh par an pour déterminer la production des panneaux solaires à atteindre
• Connaître l’évolution des besoins énergétiques : moments des pics de consommation dans la journée et au cours de l’année
• Préciser si l’installation solaire doit permettre d’atteindre l’autosuffisance ou offrir un complément à une autre source d’énergie

Il est aussi important de tenir compte des caractéristiques de l’installation :

• Surface de toiture, sol ou mur disponible
• Rendement du type de panneau solaire sélectionné
• Zones d’ombrage
• Exposition
• Niveau d’ensoleillement
• Etc.

Ces éléments permettent de savoir la surface d’installation solaire nécessaire. Pour un foyer de taille moyenne, cela correspond souvent à 25 à 30 m².

Lorsque la surface souhaitée pour l’installation est définie, il suffit de la diviser par la surface unitaire d’un panneau solaire, puis d’arrondir, idéalement au nombre supérieur.

Le budget à prévoir pour des travaux de pose de panneaux solaires peut fluctuer en fonction de différents critères de choix fixés lors de la préparation du devis, notamment :

• la technologie des capteurs solaires
• le type d’installation choisi
• la surface couverte par les panneaux solaires

D’autres paramètres ont une influence, comme l’entreprise choisie, les délais, le coût de la vie dans la région, etc. Le coût global dépend aussi des équipements associés, comme un chauffe-eau solaire individuel par exemple.

Pour la plupart des projets, le prix des panneaux solaires, pose comprise, se situe entre 12 000 € et 14 000 €. Pour certains petits chantiers, la facture peut être plus basse, autour de 10 000 €, tandis que le coût d’installations solaires de plus grande envergure peut atteindre 20 000 €, voire davantage.

Les installations solaires thermiques sont couvertes par le dispositif des Certificats d’Économies d’Énergie : utilisez le calculateur de Prime Énergie pour connaître le montant auquel vous avez droit.