Tout ce qu'il faut savoir sur l'installation d'un panneau solaire

La technologie moderne permet de récupérer l'énergie du soleil pour la transformer en chaleur ou en électricité, une énergie propre et renouvelable qui limite l'impact sur l'environnement, et une source d'économie à long terme pour le foyer. Depuis plusieurs années, cette technologie est accessible aux particuliers ; ils peuvent installer des panneaux solaires sur le toit de leur habitation pour se chauffer, chauffer l'eau sanitaire ou générer l'électricité nécessaire à leur consommation. L'État encourage l'installation de panneaux solaires en accordant des aides financières, il autorise également la vente en surplus au réseau EDF.

Qu'est-ce qu'un panneau solaire ?

Un panneau solaire permet de capter l'énergie fournie par le rayonnement solaire pour la transformer en chaleur ou en électricité. Ces deux situations nécessitent un matériel bien distinct : 

1. Le panneau solaire thermique : la lumière du soleil est convertie en chaleur, utilisée pour l'eau chaude sanitaire ou/et le chauffage. Les rayons de l'astre sont captés au travers d'une plaque de verre fixée sur le toit de l'habitation, orientés plein sud avec un inclinaison de 30 à 60° selon la latitude. Cette chaleur est ensuite transmise à un fluide caloporteur ou à de l'air et injectée dans le réseau d’eau chaude sanitaire ou de chauffage par le biais d'un échangeur thermique. 

Il existe deux méthodes : les capteurs à tube sous verre qui enferme le liquide caloporteur sous vide et la boîte vitrée qui stocke le liquide. La chaleur peut atteindre 80°. La diffusion du liquide caloporteur se fait par gravité ou au moyen d'une pompe.

1. Le panneau solaire photovoltaïque : cette technologie est plus complexe et destinée à convertir l'énergie du soleil en électricité pour l'usage du foyer. Disposées sur une plaque métallique sombre, plusieurs cellules photovoltaïques contenant du silicium et reliées entre elles favorisent le contact des électrons qu'elles contiennent avec les photons du rayonnement solaire. 

Le courant continu opéré par leur mouvement est recueilli par les fils métalliques situés dans chaque cellule, et est ensuite réceptionné par un onduleur, relié au compteur électrique, pour être transformé en courant alternatif. Comme pour le panneau thermique, l'installation se fait plein sud sur un toit bien dégagé.

Depuis peu, le solaire thermique et le solaire photovoltaïque sont combinables. L'aérovoltaïque ou le thermovoltaïque produit de l'électricité grâce aux panneaux et l'air chaud accumulé dessus est récupéré par aspiration pour alimenter le système de chauffage ou d'eau chaude sanitaire.

Les rendements des panneaux solaires

Le solaire thermique

Les capteurs solaires thermiques atteignent aujourd'hui des rendements supérieurs à 80%, c'est-à-dire que la perte entre l'énergie captée et l'énergie utile est relativement faible. Plus la surface des panneaux est perpendiculaire aux rayons solaires, meilleur est le rendement. Le problème : la position du soleil varie en fonction de l'heure de la journée et de la saison. En pratique, l'inclinaison de la toiture va guider celle des panneaux.

L'inclinaison optimale des panneaux vitrés sera différente selon l'utilisation :

• chauffe-eau solaire individuel (CESI) : les capteurs sont inclinés à 45° pour favoriser les apports en hiver et les diminuer en été pour réduire le phénomène de surchauffe.
• chauffage solaire ou système solaire combiné (SSC) : pour capter le maximum d'énergie en hiver, les panneaux ont un angle d'inclinaison de 60°. 

Le solaire photovoltaïque

D'un point de vue mathématique, le rendement, exprimé en kilowatts-crête (kWc), est le rapport entre l'énergie produite et la puissance du rayonnement capté, soit énergie sortante divisée par énergie entrante. Cette valeur correspond à la puissance maximale de production électrique dans des conditions optimales de fonctionnement :

• irradiation solaire de 1000 W de lumière/m² (par temps nuageux, l'irradiation tombe à 21W/ m²)
• orientation plein sud pour une inclinaison à 30°
• température extérieure de 25°C
• aucune source d'ombrage.

La puissance varie en fonction de la qualité du silicium et doit être comprise entre 1,5 et 3 kW pour une surface de 15 à 30 m² de panneaux. Chaque module photovoltaïque doit être capable de générer une tension de 12 volts.

La production dépend de la technologie employée. Un panneau photovoltaïque peut être :

• silicium monocristallin : recommandé pour les petites surfaces, il affiche le meilleur rendement du marché, entre 15 et plus de 25%.
• silicium polycristallin : il est fabriqué à partir de chutes de silicium monocristallin, il est donc moins cher à produire mais le rendement est plus faible, mais peut grimper à 18% pour les dispositifs les plus performants.
• silicium amorphe : peu onéreux mais peu performant, ce système disparaît aux profit des deux autres, même s'il est toujours en vente. Le rendement est autour de 5% à 7%.

Leur durée de vie est similaire, entre 20 et 24 ans, mais elle est généralement plus longue et peut aller jusqu'à 35 voire 40 ans. L'installation avec modules intégrés en toiture coûtent autour de 11% plus cher que les systèmes posés (en sur-imposition), compte tenu de la main-d'œuvre additionnelle pour assurer l'étanchéité du toit. L'esthétique est un critère à prendre en compte : de couleur noire homogène, les monocristallins sont plus discrets que les polycristallins.

Quelle dimension prévoir pour mes panneaux solaires ?

Le solaire thermique

L'installation de panneaux thermiques doit prendre en compte la consommation habituelle des occupants, ce qui va permettre de déterminer la surface des capteurs et le volume du réservoir. Un habitant consomme en moyenne 50 litres d'eau chaude sanitaire à 55°C par jour. Dès lors que les capteurs vitrés ou à tubes sous vide sont bien orientés, la surface conseillée se situe entre 0,5 et 1,5 m² par personne. Pour une maison de 100 m², il faut compter 10m² de panneaux thermiques pour un SSC.

Le solaire photovoltaïque

Les panneaux photovoltaïques doivent être dimensionnés par rapport à la surface du logement et aux besoins énergétiques des habitants du foyer. Si le but est de produire l'équivalent de sa consommation, la puissance nécessaire s'obtient en multipliant cette consommation annuelle par le facteur de correction d'ensoleillement de sa région (voire site Météo France pour le nombre d'heures d'ensoleillement par an), car les conditions optimales correspondent rarement à la réalité.

Prenons l'exemple d'une famille avec 2 enfants vivant dans les Hauts-de-France (indice de correction d'ensoleillement 0,85), qui consomme 3 600 kWh par an :

3 600/0,85/1000 = 4,2 kWc

Sachant qu'il faut environ 8m² pour produire 1 kWc :

4,2 x 8 = 34 m² de surface de panneaux 

Les spécialistes en énergie renouvelables et les distributeurs/installateurs de panneaux photovoltaïques sont là pour faire les calculs à votre place ; ils réaliseront une étude très précise de votre consommation d'électricité pour adapter la puissance en kWc de votre installation. La dimension à prévoir dépend également du choix de la consommation : autoconsommation totale ou autoconsommation vente du surplus. 

Le coût des panneaux solaires

Le coût d'un panneau thermique

Le prix d’un panneau solaire thermique se situe entre 200 et 600 € par m², hors frais de pose. Si l'on prend les deux systèmes les plus utilisés, les prix sont de cet ordre (par m² hors pose) :

• capteur vitré : entre 200 € et 400 €
• capteur à tubes : à partir de 600 €. 

Le prix moyen d'une installation pour une famille de 4 personnes est de 5 500 € HT dont environ 1 300€ de main-d'œuvre pour un CESI posé sur la toiture et de 6 200 € HT pour un CESI intégré dans la toiture. La moyenne estimée par l'ADEME (Agence De l'Environnement et de la maîtrise Maîtrise de l'Énergie) est de 4 300 € HT pose comprise pour une surface de 5m² de capteurs et un ballon de 300 litres. 

Le coût d'un panneau photovoltaïque

Le monocristallin est plus cher que le polycristallin en raison de la fabrication d'un lingot de silicium plus longue et plus complexe pour le premier. Il faut compter 8 000 € minimum (équipement, pose, raccordement, onduleur, câblage, hors batterie de stockage) pour une installation de 3 kWc non intégrée au bâti en monocristallin, prix dégressif avec la puissance, tandis que le polycristallin demande un investissement de 6 500 € pour la même installation. Le coût du recyclage et les démarches administratives sont généralement compris dans le prix des panneaux.

Les aides financières pour financer l'installation de panneaux solaires

L'État incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides publiques. Introduite en janvier 2020, MaPrimRénov' finance en partie les travaux destinés à améliorer le chauffage et l'eau chaude sanitaire. Sont éligibles l'installation d'un CESI ou d'un SSC, également celle d'un système hybride photovoltaïque et thermique (aérovoltaïque). 

Le coup de pouce financier est conditionné aux ressources du foyer et au nombre de personnes qui composent le ménage ; la prime peut atteindre 8 000 € pour un SSC et 4 000 € pour un CESI. Les ménages qui excèdent les plafonds sont éligibles au CITE (Crédit d'Impôt pour la Transition Écologique). L'équipement doit être installé par une entreprise RGE (Reconnue Garante de l'Environnement). Cliquez sur Simul'Aid€s pour connaître le montant de votre aide à la rénovation énergétique (https://www.faire.fr/aides-de-financement/simulaides)

L'aide publique pour le photovoltaïque a été supprimée en 2014, l'État estimant que la prime à l'autoconsommation et le tarif de rachat de l'électricité par EDF étaient suffisamment incitatifs. En revanche, la domotique, qui vous permet de mieux maîtriser votre consommation, reste éligible au crédit d'impôt. 

Renseignez-vous auprès de votre commune, du conseil général de votre département et du conseil régional pour connaître les éventuels soutiens financiers aux installations solaires. 

Les revenus solaires des panneaux photovoltaïques

Cerise sur le gâteau, l'installation de panneaux solaires photovoltaïques peut générer des revenus sur le long terme. Non seulement l'État verse une subvention à l'autoconsommation, mais il autorise la revente au réseau EDF du surplus de la production d'électricité.

Prime à l'autoconsommation

Proportionnelle à la puissance installée (en kWc), l’aide est versée pendant 5 ans. 

Vente du surplus d'électricité

La production excédentaire peut être revendue au fournisseur de votre choix (EDF ou régie locale).