Tout savoir sur la rentabilité des panneaux solaires

Énergie inépuisable et décarbonée, l’électricité photovoltaïque et le solaire thermique participent à la transition énergétique en cours dictée par l’épuisement des énergies fossiles et la nécessité de limiter les émissions de gaz à effet de serre. En transformant la lumière du rayonnement solaire en courant électrique, les cellules photovoltaïques accomplissent un petit miracle très utile ! Mais quel est leur rendement ? Le point sur cette question toujours déterminante en matière d’énergie.

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On définit le rendement* des panneaux solaires photovoltaïques comme le ratio rayonnement solaire reçu / électricité produite. Ce rendement est déterminant pour apprécier la pertinence de l’électricité photovoltaïque au plan économique bien sûr mais aussi au plan écologique. Plus le rendement est élevé, plus la quantité de silicium cristallin, extrait du sable ou du quartz, et de CO² rejeté dans l’atmosphère pour le raffiner se justifie. Rappelons que les panneaux solaires actuels sont faits principalement de silicium cristallin et de quelques éléments d’argent, de cuivre, d’aluminium et de plastique.

*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).

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Le niveau de production d’une installation photovoltaïque est déterminé par le rendement des cellules qui composent ses panneaux, le niveau d’ensoleillement de son lieu d’installation et son orientation par rapport au soleil. Aujourd’hui le rendement moyen d’une cellule photovoltaïque est de 14,5 %. Dans le détail par technologie :

• cellule silicium monocristallin : de 12 à 20 %
• cellule silicium polycristallin : de 11 à 15 %
• cellule silicium amorphe en couche mince : de 5 à 9 %
• cellule multijonctions : 46 % (*)
• cellule CZTS (Cuivre, Zinc, Etain, Soufre) : 21 % (*)
• cellule pérovskites (mélange de matériaux organiques et inorganiques) : 40 %(*)

  (*) innovation récente et rendement atteint en laboratoire

Les rendements encore modestes des cellules photovoltaïques ne doivent pas préjuger de ce qu’ils pourraient être dans le futur. Les laboratoires du monde entier travaillent pour concevoir des cellules photovoltaïques plus efficaces. L’histoire du photovoltaïque montrent que ces efforts ne sont pas vains. Dans les années 50, lorsque les agences spatiales ont envisagé d’équiper les satellites de panneaux solaires pour en recharger les batteries, les scientifiques ont rapidement fait passer le rendement des cellules photovoltaïques proche de 0 à 10 % ! Les scientifiques à l’œuvre aujourd’hui s’accordent à dire que le rendement d’une cellule photovoltaïque pourrait atteindre 85 %. Une marge de progression importante qui laisse augurer une partie de la solution aux enjeux énergétiques de demain.

On l’a vu, le niveau de production d’une installation photovoltaïque ne dépend pas que du rendement des cellules qui la composent. La quantité de rayonnement solaire reçu est tout aussi déterminante. L’énergie reçue par la Terre en provenance du soleil en une heure suffirait théoriquement à satisfaire les besoins énergétiques de l’économie mondiale durant une année ! Cette énergie n’est toutefois pas uniformément répartie sur la planète. Certaines régions, plus exposées au rayonnement solaire du fait de leur latitude et bénéficiant d’un ciel plus dégagé que d’autres, se prêtent particulièrement au développement de l’énergie photovoltaïque. Ainsi le désert de l’Arizona, l’Egypte ou le Tchad se prêtent à merveille pour obtenir des niveaux de production exceptionnels. Rassurez-vous, en France une installation photovoltaïque bien conçue peut fournir une quantité de kWh suffisante pour justifier son existence. Cela suppose :

• d’éviter les zones ombragées ;
• une orientation des panneaux solaires face au sud (pour suivre la course du soleil) ;
• une inclinaison des panneaux solaires de 15 à 35° (en fonction de la latitude).

Vous l’avez compris l’addition d’une cellule photovoltaïque à haut rendement et d’un fort taux d’ensoleillement fournit une rentabilité maximale de l’installation.

Cas du solaire thermique

Les panneaux solaires thermiques sont eux utilisés pour capter les calories du rayonnement solaire pour assurer la montée en température de l’eau du chauffage central et celle du ballon d’eau chaude sanitaire.

Le rendement élevé des capteurs solaires thermiques, autour de 80 % en moyenne, rend pertinente leur installation dans la plupart des régions du monde. Une installation couplée avec une chaudière d’appoint pour le chauffage et une résistance électrique pour le ballon d’eau chaude qui prennent le relai les jours sans soleil. La continuité du confort est assurée automatiquement sans intervention humaine. Il existe plusieurs technologies de panneaux solaires thermiques. Des rendements différents :

• capteur plan : de 75 à 85 % ;
• capteur vitré : de 90 à 95 % ;
• tube sous vide à absorbeur sur cuivre : de 75 à 85 % ;
• tube sous vide à absorbeur sur verre : 50 à 70 %.

Aujourd’hui, le rendement de l’énergie solaire, photovoltaïque ou thermique, est suffisant pour assurer la rentabilité d’une installation (et ce, sans oublier la réduction considérable du prix des panneaux solaires grâce aux aides financières auxquelles leur installation est éligible). En plein développement, cette énergie renouvelable progresse chaque année dans le mixe énergétique mondial. Une bonne nouvelle pour l’avenir de la planète !