Capteur solaire : fonctionnement, types et prix

Un capteur solaire, qu'il soit thermique ou photovoltaïque, permet de disposer d’une source d’énergie complémentaire grâce au rayonnement du soleil. C’est un excellent moyen de réaliser des économies sur votre facture d’énergie, tout en réduisant vos émissions polluantes.

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Un capteur solaire, également appelé capteur héliothermique, est un équipement qui sert à recueillir les rayons ou l’énergie solaire afin de produire de l’énergie utilisable au quotidien. Les capteurs thermiques transforment l’énergie solaire en chaleur pour le chauffage et la production d’eau chaude. Les capteurs photovoltaïques, pour leur part, transforment la lumière du soleil en électricité. Cet équipement est donc un échangeur de chaleur. il existe également des panneaux hybrides.

Capteur solaire et panneau solaire désignent la même chose. Il s’agit bien de ce matériel plat dont la surface sert à capter les rayons solaires. En général, chaque pièce fait 1m2 environ, et une installation solaire peut comporter une aire de panneaux plus ou moins étendue. Plus cette surface est grande, plus l’énergie produite est importante.

Le capteur solaire thermique comporte une couverture, un absorbeur, des tubes où circule un fluide caloporteur. Il est souvent relié à un ballon d’eau chaude.

Les rayons solaires passent à travers la couverture en vitre transparent, dotée d’une paroi interne opaque aux rayons infrarouges. Ces derniers sont ainsi piégés puis recueillis par l’absorbeur, plaque sombre située sous la couverture. La chaleur ainsi captée par l’absorbeur est transmise aux tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur. Celui-ci, généralement composé d’eau et de glycol, va ensuite chauffer l’eau située dans un ballon d’eau chaude (chauffe-eau) ou bien alimenter le circuit de chauffage central.
 

Ainsi, les capteurs solaires thermiques permettent d’alimenter un chauffe-eau solaire individuel (CESI) pour la production d’eau chaude sanitaire, ou d’un système solaire combiné (SSC) pour le réseau de chauffage et l’eau chaude. Une installation mixte alliant chaudière et capteur solaire permet de bénéficier d’un bon confort thermique tout au long de l’année.

Le capteur solaire photovoltaïque comporte des cellules photovoltaïques qui transforment la lumière solaire en électricité. Ces cellules captent donc les photons issus des rayons du soleil, qui vont exciter les électrons situés à l’intérieur, et ainsi produire de l’énergie électrique. 

Les capteurs solaires photovoltaïques produisent du courant continu. Celui-ci passe ensuite par un onduleur pour être transformé en courant alternatif. Sous cette forme, l’électricité est utilisable pour tous les appareils ménagers. L’onduleur peut être un dispositif centralisé installé à une petite distance des panneaux solaires. Sinon, il s’agit de micro onduleurs directement fixés derrière chaque capteur. 

💡Bon à savoir : il est possible d’utiliser l’électricité produite directement, afin d’alimenter les appareils dans la journée lorsque le soleil brille. On peut également installer des batteries avec les panneaux solaires pour le stockage de l’énergie produite. Il est ainsi possible de profiter de l’électricité solaire même la nuit, ou lorsque la météo n’est pas favorable. Toutefois, ce système nécessite une installation plus lourde.

Les capteurs thermiques et photovoltaïques peuvent utiliser différentes technologies, qui ont une incidence sur leur efficacité.

Les différents types de capteurs solaires thermiques

Les capteurs thermiques sont généralement constitués de tubes métalliques avec une couverture en verre, mais d’autres technologies commencent à être utilisées.

✔️ Les capteurs à plan vitré sont les modèles classiques et les plus utilisés. Ils sont composés d’une protection en verre et d’une plaque absorbante noire, le plus souvent en aluminium. La plaque de verre protège l’absorbeur tout en optimisant la capture du rayonnement solaire. Les tubes du capteur peuvent être en cuivre ou en inox. L’acier est de moins en moins utilisé, car il est plus exposé à la corrosion.

✔️ Les capteurs à tubes vitrés sous vide constituent une innovation fréquemment utilisée dans le monde industriel. Toutefois, ils peuvent également être installés chez les particuliers. Ils comportent un système de tube en verre sous vide qui sert à optimiser l’isolation en évitant les pertes de chaleur. C’est un système performant mais fragile, raison pour laquelle l’installation en individuel reste complexe.

✔️ Les capteurs non vitrés : ils sont constitués d’un absorbeur en métal ou en plastique noir. Ils ne sont pas protégés par une plaque vitrée. En raison de l’absence de plaque et l’usage de matières fragiles pour le tube, ce type de capteur est beaucoup moins durable.

Outre la constitution des capteurs thermiques, ils peuvent également se différencier par leur installation. Pour la majorité, le ballon d’eau chaude est directement fixé auprès des capteurs : c’est le chauffe-eau monobloc. Ce type d’équipement est le plus courant pour les systèmes de production d’eau chaude sanitaire (ECS). 

Il y a aussi les capteurs biblocs qui sont donc constitués d’un capteur et d’un ballon d’eau chaude installé à part. On distingue 2 types de capteurs à éléments séparés :
 

• Les capteurs « à thermosiphon », où le fluide caloporteur est transporté par convection naturelle. Le ballon doit être placé au-dessus du capteur, par exemple dans un grenier
• Les capteurs à circulation forcée, où le fluide est entraîné par une pompe électrique.

On distingue principalement les capteurs solaires monocristallins et polycristallins.

Lors de la fabrication des capteurs solaires, la première phase consiste à créer des lingots de silicium. Ils seront ensuite découpés en plaques ou « wafers », où l’on va ajouter du phosphore afin de donner aux cellules la capacité photovoltaïque. 

Pour un panneau solaire monocristallin, les lingots subissent un traitement de purification permettant d’obtenir un seul cristal de silicium. Ce type de capteur se reconnaît grâce à sa couleur noire.

Les panneaux polycristallins, pour leur part, sont fabriqués à partir des chutes de silicium issu de la confection des plaques monocristallines. Ces éléments sont assemblés pour former un nouveau lingot. Les capteurs polycristallins sont bleus.

De manière générale, les panneaux photovoltaïques monocristallins présentent un meilleur *rendement.

*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).

👉 En revanche, les panneaux solaires polycristallins sont moins chers et mieux adaptés aux régions chaudes, car ils fonctionnent bien même à température élevée.

Outre les capteurs photovoltaïques mono et polycristallins, il y a d’autres types de panneaux créés à l’aide d’autres technologies ou matériaux, mais ils sont peu répandus. Les capteurs en silicium amorphe sont en voie de disparition, et les équipements utilisant des cellules photovoltaïques en métal (ex : cadmium) ne sont guère utilisés par le grand public.

Voici les prix moyen des capteurs solaires :

•    Panneaux photovoltaïques : entre 7 000 et 22 000 €
•    Chauffe-eau solaire (capteur thermique) : entre 6 000 et 8 000 €
•    Installation solaire hybride : entre 13 000€ et 15 000€

Il s’agit d’une installation relativement coûteuse, mais la rentabilité est assurée au bout de 10 à 12 ans. Sachant que la durée de vie des capteurs se compte en décennies, il s’agit d’un investissement très intéressant. Chez Effy, les installations solaires sont garanties 25 ans.

Par ailleurs, les panneaux solaires servent à faire des économies en matière d’énergie. Les capteurs photovoltaïques permettent de couvrir jusqu’à 70% des besoins du ménage en électricité. Cela représente jusqu’à 40% d’économies dur la facture d’énergie ou 1400€/an par an.

Plusieurs aides permettent d’alléger le budget d’installation de capteurs solaires. Vous avez notamment :

🤝   La prime Effy ;
🤝   La TVA réduite ;
🤝   L’éco prêt à taux zéro (éco PTZ).

En outre, pour les capteurs thermiques en particulier, vous avez MaPrim’Rénov. Cette aide à la rénovation énergétique concerne les travaux permettant d’améliorer les performances thermiques d’un logement. Les capteurs thermiques destinés au chauffage et à l’eau chaude y sont donc éligibles.

Les capteurs photovoltaïques bénéficient également d’aides spécifiques :

• La prime à l’autoconsommation qui est versée durant les 5 premières années d’utilisation de l’installation solaire ;
• L’obligation d’achat qui permet de revendre à prix réglementé le surplus d’électricité produit.

Les capteurs solaires doivent être installés de manière optimale pour être pleinement efficaces. Qu’il s’agisse de modèles photovoltaïques ou thermiques, il faut les placer :

• Dans une orientation plein sud, ou à défaut, sud-ouest ou sud-est ;
• Avec une inclinaison de 30° à 50° ;
• Sans aucun ombrage proche ou lointain.

Il est possible de fixer les panneaux sur un toit, si celui-ci correspond à la bonne configuration.  C’est d’ailleurs la meilleure solution pour profiter d’un bon ensoleillement tout en préservant l’esthétique de votre maison.

En revanche, si l’orientation n’est pas adaptée ou en cas d’ombre portée, il est possible d’installer les panneaux ailleurs. Vous pouvez par exemple envisager la mise en place d’une pergola solaire ou d’une installation au sol.

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L’installation des capteurs solaires doit être réalisée par un professionnel reconnu garant de l’environnement (RGE). Le recours à un technicien certifié assure la fiabilité de l’intervention, et constitue une condition indispensable pour bénéficier des aides disponibles.

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Les capteurs solaires sont faciles à entretenir, surtout les modules photovoltaïques et les capteurs thermiques à plan vitré. Il suffit de les nettoyer régulièrement. Il est recommandé de nettoyer les panneaux deux fois par an, au printemps et à l’automne. Cela permet de les débarrasser des poussières, du pollen, du sable et du sel ainsi que des dépôts de particules et CO2 résultant de la pollution.

Le nettoyage des panneaux solaires nécessite peu d’accessoires :

• Une brosse souple ou un chiffon doux pour frotter la surface des capteurs ;
• Une perche télescopique pour atteindre les hauteurs ;
• De l’eau déminéralisée.

⚠️ Il est important d’utiliser une eau déminéralisée, car l’eau trop calcaire risque de laisser un dépôt blanchâtre au-dessus des plaques vitrées. Par précaution, il vaut mieux éviter les détergents et autres produits d’entretien ménager. Ils risquent d’endommager le verre. Enfin, au moment de nettoyer les panneaux, il faut éviter de marcher dessus, car cela compromet votre sécurité et celle des modules. Dans le cas où vous n’arrivez pas à laver les panneaux à l’aide d’un balai télescopique, mieux vaut faire appel à un professionnel en nettoyage.

⚠️ Outre le lavage des surfaces vitrées, il est également important d’entretenir l’onduleur pour les installations photovoltaïques. Il suffit de le dépoussiérer et de vérifier le bon état des câblages, des témoins et du ventilateur.

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