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L’énergie solaire

Si les ménages français se sont approprié depuis déjà de nombreuses années l’énergie solaire en acquérant leurs propres installations, cette énergie renouvelable occupe encore une place limitée dans le mix énergétique français.

Elle connaît néanmoins, depuis ces dernières années, une progression importante en Europe et dans le monde. Particulièrement écologique, elle permet de fabriquer de l’électricité à partir de panneaux photovoltaïques, de centrales thermiques ou thermodynamiques.

BOOSTHEAT vous propose un tour d’horizon des innovations techniques et de la progression de l’adoption des énergies solaires en France.

L’énergie solaire : une énergie renouvelable en plein essor

L’énergie solaire est une énergie renouvelable. Sa matière première, le soleil, est gratuite et inépuisable. Elle est accessible à une majorité de pays, le potentiel de production divergeant en fonction des conditions climatiques et/ou de la latitude.

L’énergie solaire est utilisée pour deux usages principaux :

  • La production d’électricité, via la récupération de la lumière des rayons du soleil (énergie solaire photovoltaïque et thermodynamique) ;
  • La production de chaleur pouvant être utilisée pour le chauffage domestique ou la production d’eau chaude sanitaire (énergie solaire thermique).

 

On distingue trois grandes approches technologiques permettant de capter l’énergie solaire :

  • L’énergie solaire photovoltaïque exploite la lumière des rayons du soleil pour produire de l’électricité, grâce à des cellules photovoltaïques intégrées à des panneaux ;
  • L’énergie solaire thermodynamique produit de l’électricité via la concentration du rayonnement solaire en un point chaud et la production de vapeur ;
  • L’énergie solaire thermique, qui récupère la chaleur des rayons solaires via des capteurs thermiques pour chauffer les ménages ou produire de l’eau chaude.

 

D’après le rapport 2017 de l’Agence Internationale de l’Énergie (publié en mars 2018), la croissance de l’énergie solaire photovoltaïque est l’une des plus importantes dans le domaine des énergies renouvelables. En 2017, cette croissance est de 27 %, contre 22 % pour l’hydro-électrique et 12 % pour la biomasse. Seule l’énergie éolienne connaît une croissance encore plus importante dans le monde, de 36 % entre 2016 et 2017.

Si la Chine et les États-Unis se positionnent en leaders, l’Union européenne n’est pas en reste et continue à développer le secteur. L’Allemagne fait partie des pays les plus actifs (1,7 GW installé en 2017), suivie de la France (875 MW) et du Royaume-Uni (861 MW).

D’après le baromètre 2018 des énergies renouvelables électriques, en septembre 2018, le parc raccordé photovoltaïque français représentait 8 766 MW. Les régions les plus ensoleillées (Grand Sud, Occitanie, Nouvelle Aquitaine) partagent à elles seules les deux tiers de la production nationale.

 

Les différents types d’énergie solaire

L’énergie solaire photovoltaïque

 

L’énergie solaire photovoltaïque convertit la lumière du soleil en électricité en la captant au sein de matériaux semi-conducteurs. Ces matériaux photosensibles – le plus utilisé étant le silicium – libèrent leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure.

L’énergie du soleil est apportée par les photons, composants de la lumière, qui induisent un courant électrique au contact des électrons : on parle alors d’effet photovoltaïque.

L’électricité produite peut être directement consommée sur place ou stockée dans des batteries pour une consommation ultérieure : on parle alors d’énergie électrique décentralisée. Les petites unités de production peuvent aussi revendre l’énergie solaire ainsi générée au réseau de production : on la désigne sous le terme d’électricité injectée dans un réseau.

Historiquement, le marché français était principalement constitué d’applications photovoltaïques en sites isolés. À partir de 1999, la France s’est également orientée vers les applications « raccordées réseau » (particuliers, PME, logements collectifs, etc.). Depuis, de grandes fermes solaires ont vu le jour, en particulier dans les régions ensoleillées du Sud.

 

Trois éléments sont nécessaires à une installation photovoltaïque :

  • Les panneaux solaires, qui convertissent la lumière en courant électrique continu ;
  • L’onduleur, qui transforme cette électricité continue en courant alternatif ;
  • Le compteur, qui mesure la quantité de courant injectée dans au sein d’un réseau.

 

Bien entendu, les performances d’une installation photovoltaïque dépendent de l’ensoleillement dont ils peuvent bénéficier, en fonction notamment des conditions climatiques.

Leur orientation joue aussi un rôle majeur : un positionnement au sud permet une meilleure captation de lumière. L’avenir du photovoltaïque dans les pays industrialisés passera aussi par une plus ample intégration de panneaux sur les toits et les façades des maisons, des entrepôts, des bâtiments tertiaires.

Les parkings sont aussi de plus en plus équipés. Les acteurs du marché travaillent également sur l’optimisation de l’orientation des panneaux solaires, notamment via la fabrication de trackers solaires basés sur des capteurs et algorithmes permettant d’améliorer la production en repositionnant les panneaux en fonction de l’ensoleillement.

Le coût d’achat des panneaux photovoltaïques a drastiquement baissé ces dernières années et vous pouvez bénéficier d’aides et subventions.

L’investissement est désormais considéré comme rentable pour les particuliers propriétaires de maisons individuelles, avec :

  • Un taux de TVA réduit à 10% pour les installations photovoltaïques inférieures ou égales à 3 kWc ;
  • Une prime à l’investissement en fonction de la puissance de l’installation versée sur 5 ans ;
  • Jusqu’à 30 % de crédit d’impôt sur la domotique pilotant des dispositifs de chauffage.

 

L’énergie solaire thermique

 

Mais il est aussi possible de capter directement les rayonnements du soleil pour produire de la chaleur : c’est le principe de l’énergie solaire thermique. Les rayons sont ici retenus par des capteurs thermiques.

Leur énergie est ensuite retransmise à des absorbeurs métalliques pour réchauffer un réseau de tuyaux hébergeant un fluide caloporteur. Chauffée et stockée dans un cumulus, cette eau est réutilisée pour fournir de l’eau chaude sanitaire ou diffusée comme source de chaleur via un système de chauffage spécial, par exemple un plancher solaire direct.

Les capteurs solaires thermiques rencontrent un succès grandissant en France, notamment sous l’effet des aides incitatives des collectivités locales et des crédits d’impôt. Les maisons solaires, serres et murs capteurs se multiplient. En 2016, la France comptait 2 millions de m2 d’installations solaires dédiées à la production d’eau chaude sanitaire. La loi de transition énergétique prévoit de doubler ce parc d’ici 2025.

Pour cela, l’État compte modifier les aides en place afin de mieux valoriser la chaleur solaire. Le plan solaire 2019 prévoit la mise en place de primes d’achat pour les dispositifs thermosolaires produisant à la fois du chauffage et de l’eau (1 200 euros pour le chauffe-eau thermique, 3 600 euros pour le chauffage combiné thermique).

 

L’énergie solaire thermodynamique

 

L’énergie solaire thermodynamique consiste à concentrer le rayonnement solaire pour chauffer un fluide à très haute température. Sous l’effet de la chaleur, la création de vapeur peut alors être valorisée sous forme d’électricité, mais aussi de froid, de chaleur industrielle, et peut également servir au dessalage de l’eau de mer. Un usage plus polyvalent que l’énergie photovoltaïque, qui s’en tient à la production d’électricité.

L’avantage est également de pouvoir produire de l’électricité même en l’absence de soleil, grâce à des systèmes de stockage thermique très pointus.

Trois technologies majeures sont utilisées dans les centrales thermodynamiques sont :

  • Les concentrateurs paraboliques (convergence des rayons vers le foyer d’une parabole) ;
  • Les centrales à tour (concentration des rayons sur un récepteur central au sommet d’une tour grâce à des héliostats suivant la trajectoire du soleil) ;
  • Les capteurs cylindro-paraboliques (concentration des rayons vers un tube caloporteur situé sur un capteur).

 

De nombreux pays dans le monde développent actuellement des projets de centrales solaires thermodynamiques.

Mis à part les installations du four solaire d’Odeillo et la tour solaire de Thémis, la France accuse un certain retard dans ses projets d’énergie solaire thermodynamique comparé à la progression du photovoltaïque.

Particuliers : les avantages et limites de l’énergie solaire

De nombreux avantages

 

Les rayons solaires sont une ressource disponible dans de très nombreux territoires, même si certaines zones sont moins ensoleillées que d’autres. L’énergie solaire est une énergie à la fois renouvelable et propre : elle n’émet pas de gaz à effet de serre, et la production de panneaux solaires s’appuie sur un matériau abondant sur Terre, le silicium.

Les capteurs sont fiables et résistants, et les installations photovoltaïques ne réclament que très peu d’entretien (sauf pour l’onduleur et les batteries). Les nombreuses subventions étatiques, en particulier le plan solaire présenté par le gouvernement en mai 2019, rendent ces installations de plus en plus rentables.

Les limites et inconvénients de l’énergie solaire

 

Malgré ces avantages, la production d’énergie solaire est intermittente et sa performance est directement liée à l’ensoleillement.

La production est donc plus faible l’hiver, alors même que la consommation s’accroît puisque les températures baissent (hausse de la consommation de chauffage) et les jours raccourcissent (allongement de la durée d’éclairage électrique).

La production d’électricité via énergie solaire reste par ailleurs onéreuse et demande des investissements conséquents, malgré des aides gouvernementales à la transition énergétique.

 

Énergie solaire ou gaz ?

 

Malgré les atouts de l’énergie solaire, les particuliers vivant dans une région peu ensoleillée ont tout intérêt à se tourner vers des alternatives indépendantes des conditions météorologiques.

Concernant le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire, la meilleure alternative aux énergies solaires reste le gaz, particulièrement économe.

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