Panneau photovoltaïque thermique

Un panneau photovoltaïque thermique (PV-T), ou panneau solaire hybride, ou encore panneau aérovoltaïque est un dispositif conçu à la fois pour produire de l'électricité photovoltaïque et pour recueillir l'énergie thermique provenant du Soleil.

Section en coupe schématique d'un panneau photovoltaïque thermique comportant des échangeurs thermiques de type feuille et tube et une isolation arrière :
1. Verre anti-reflet
2. Encapsulation en EVA
3. Cellules photovoltaïquess
4. Encapsulation en EVA
5. Feuille arrière en PVF
6. Échangeur de chaleur en aluminium, cuivre ou polymères
7. Isolation thermique en laine minérale, polyuréthane.

Principes

Les éléments photovoltaïques (à base de cellules photovoltaïques, typiquement au silicium dopé) transforment la lumière solaire (du domaine visible) en différence de potentiel et courant électrique, tandis que la partie capteur thermique (à absorbeur ou concentrateur^[Quoi ?]) récupère l’énergie calorique envoyée par le soleil (notamment le rayonnement infrarouge habituellement perdu sous forme de chaleur dispersée par le panneau) via un fluide caloporteur (air ou eau/glycol, injecté par une pompe dont le fonctionnement est alimenté par l'électricité) ou couplé avec un système de pompe à chaleur.

L'électricité produite peut être utilisée localement et immédiatement ou après stockage (batterie), ou être injectée sur le réseau électrique par revente.

La chaleur produite peut être connectée à toute installation thermique classique, utilisée pour le chauffage ou préchauffage d'air ou d'eau domestique (eau chaude sanitaire, chauffage, piscine...), une unité de séchage, etc.

Avantages

Le rendement énergétique global est nettement augmenté par rapport à celui des panneaux photovoltaïques (PV, 12-20 %), principalement en raison de la composante thermique (T), qui valorise également l'irradiation infrarouge non exploitée en photovoltaïque seul, laquelle représente 46 % du total).^{[réf. nécessaire]}

En outre, le captage thermique a deux effets favorables sur la production électrique :

1. Les cellules photovoltaïques fonctionnent mieux. En effet, leur couleur foncée fait qu'elles s'échauffent au soleil, or leur rendement de production électrique diminue avec la température, notamment au-dessus de 45 °C. Dans un panneau PV-T, le collecteur de chaleur capte la chaleur solaire, ce qui refroidit les cellules PV et augmente leur production notamment lors des pics d'insolation. La chaleur est injectée dans un accumulateur (circuit fermé eau/glycol en général) grâce au courant produit par les cellules photovoltaïques ; cela améliore significativement la production électrique (de 15 % environ en région parisienne selon les fabricants) ;
2. Le refroidissement permanent des panneaux améliore leur durée de vie et leur efficience, et augmente du COP des pompes à chaleur quand elle est associée^{[réf. nécessaire]}.

Graphique du rendement thermique (jaune) et électrique (bleu) et des pertes (gris) en fonction de la longueur d'onde du rayonnement solaire reçu sur Terre.

Ces avantages se manifestent en particulier pour les panneaux en position centrale sur un toit :

• ils ont pour avantage de mieux éviter l'ombre des autres bâtiments, arbres, cheminées, permettant de réduire le phénomène de points chauds qui aggraverait les potentiels problèmes du wafer ;
• ils sont éloignés des parois du bâtiment, évitant ainsi le phénomène de perturbation et offre un gain d'aération ;
• ils n'ont pas à être orientés de façon optimale, une perte globale de 10 % dans la composante due à l'inclinaison étant bien compensée par le gain de la composante chaleur ;
• il est possible de préchauffer le fluide caloporteur des PAC en amont du compresseur, ce qui améliore le COP.

[réf. nécessaire]

Le coût égal d'installation d'un panneau hybride est réduit par rapport à celui d'un panneau solaire PV et d'un panneau solaire thermique.^[pas clair]

Un panneau hybride PV-T peut fonctionner plus rapidement en cas de neige (ou de givre ou buée) l'occultant : celle-ci peut être éliminée en faisant circuler le fluide caloporteur en sens inverse.

Le panneau PV-T participe en outre en période de canicule à diminuer la chaleur dans les combles de l'habitat, par refroidissement de la toiture.

Installation

L'installation des panneaux PV-T comporte :

• comme tout panneau solaire, la fixation des panneaux (usuellement, sur le toit) ;
• comme tout panneau PV, l'installation de câbles électriques et équipements en aval (onduleur solaire...) ;
• comme tout panneau thermique, un circuit de ventilation, si refroidissement par air, ou un circuit hydraulique avec accumulateur d'eau chaude ; si le panneau PV-T est raccordé directement à un système d'eau chaude disponible au robinet (et non pour le seul chauffage), il est obligatoire de raccorder, en sortie du stock, un mitigeur thermostatique de sécurité, afin que l'on ne puisse pas se brûler avec une eau trop chaude.

Système commerciaux

Plusieurs fabricants français proposent des panneaux hybrides : DualSun, Sillia (avec un absorbeur en Cuivre), ABCD Intl, ainsi que Cogen'air (refroidissement par air) et Systovi.

Annexes

Articles connexes

• Chauffage solaire
• Chauffe-eau solaire
• Efficience énergétique
• Efficacité énergétique
• Énergie solaire
• Four solaire
• Capteur solaire thermique
• Module solaire photovoltaïque
• Mur Trombe
• Capteur solaire photovoltaïque
• Panneau solaire aérothermique
• Smartgrid

Liens externes

• Batiactu (2014) Capteurs solaires hybrides : le meilleur des deux mondes, Batiactu, publié

Bibliographie

• Dupeyrat P, Pabiou H, Kwiatkowski G, Ménézo C (2011) Optimisation de la conversion solaire grâce au concept de capteur hybride photovoltaïque-thermique. Conférence SFT
• Dupeyrat P, Pabiou H, Kwiatowski J & Menezo C (2011) Optimisation de la conversion solaire grâce au concept de capteur hybride photovoltaïque-thermique (PDF, 6pp)
• Fraisse G, Ménézo C & Johannes k (2007), Energy performance of water hybrid PV/T collectors applied to combisystems of Direct Solar Floor type. Solar Energy, Volume 81, Issue 11, Nov. 2007, Pages 1426-1438.
• Touafek K (2005) Étude d'un Capteur Solaire Hybride Photovoltaïque Thermique. Mémoire de magister, École Nationale Polytechnique, Alger.
• Touafek K, Malek A & Haddadi M (2006) Étude expérimentale du capteur hybride photovoltaïque thermique. Revue des énergies renouvelables, 9(3), 143-154 (résumé).
• Touafek K, Haddadi M, Malek A & Bendaikha-Touafek W (2008) Simulation numérique du comportement thermique du capteur hybride solaire photovoltaïque thermique Revue des Energies Renouvelables, 11(1), 153-165.
• Dupeyrat P, Bai Y & Menezo C (2011) Performances énergétiques de capteurs solaires hybrides PV-T pour la production d’eau chaude sanitaire. In Proceedings of the Annual conference of Societe France de Thermique (SFT).
• Coventry JS, Lovegrove K (2003) Development of an approach to compare the ‘value’ of electrical and thermal output from a domestic PV/thermal system. Solar Energy, Volume 75, Issue 1, July 2003, Pages 63-72.