Produire de l'énergie grâce au soleil n'a rien d'une idée neuve ! Voici près de trois millénaires, les Grecs avaient déjà mis au point des dispositifs optiques pour focaliser le rayonnement solaire : la flamme des jeux olympiques de l'Antiquité était allumée au moyen d'un miroir parabolique... On redécouvre aujourd'hui cette ressource inépuisable à la faveur de la proche pénurie et du renchérissement irréversible des énergies fossiles. Mais de quoi s'agit-il exactement, comment fonctionnent pratiquement les capteurs solaires, ces technologies sont-elles vraiment applicables à la véranda ? Telles sont les questions que se pose tout un chacun et auxquelles nous allons tenter d'apporter des réponses simples et claires.

Bien distinguer chaleur et électricité

Il faut tout d'abord bien distinguer les deux processus très différents de l'énergie solaire : la production de chaleur d'une part, et la production d'électricité de l'autre. Un petit rappel de physique élémentaire : le soleil rayonne sur un large spectre, des infrarouges jusqu'aux ultraviolets en passant par la lumière visible.

• le rayonnement infrarouge a par caractéristique d'émettre de la chaleur : c'est à cette particularité qu'on doit le fameux effet de serre. Chacun sait qu'un liquide contenu dans un récipient exposé au soleil va voir sa température augmenter rapidement dans d'importantes proportions. Une propriété mise à profit dans les capteurs solaires thermiques pour produire de l'eau chaude.
• la lumière visible est composée de photons susceptibles "d'exciter" certains matériaux comme le silicium (un métalloïde extrait du sable) pour y créer des champs électromagnétiques et produire ainsi une tension électrique. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque.

La lumière est donc capable de générer aussi bien de la chaleur que de l'électricité, et nous allons à présent nous intéresser aux procédés techniques utilisés pour produire ces énergies propres et inépuisables.

De l'eau chaude à profusion !

Un capteur solaire thermique n'est autre qu'un boîtier hermétique plat en métal, avec une face vitrée orientée vers le soleil. Un serpentin en tubes de cuivre, contenant un fluide caloporteur spécial, est installé à l'intérieur du boîtier. Les rayons infrarouges font monter la température à l'intérieur du boîtier jusqu'à 60-70°C et réchauffent d'autant le fluide caloporteur. Ce dernier sert à son tour à chauffer de l'eau dans un échangeur thermique. Cette eau chaude peut alimenter le réseau sanitaire de la maison, voire venir en complément du chauffage central. Etant donné que les capteurs thermiques ne fonctionnent pas la nuit (et pour cause), l'eau chaude peut être stockée dans un ballon isolé pour une utilisation différée. A ce propos, il faut noter que, contrairement à une idée fausse communément répandue, il n'est pas nécessaire que le soleil brille au zénith pour qu'un capteur thermique soit opérationnel. Même filtré par des nuages, le soleil génère une certaine quantité de rayons infrarouges, suffisante pour produire de la chaleur…

Un PV qui peut rapporter gros

Vous allez en entendre parler de plus en plus : le PV – traduisez PhotoVoltaïque – s'annonce comme la panacée pour produire de l'énergie électrique dans le plus strict respect de l'environnement. Le PV n'a besoin d'aucun autre carburant que le soleil, il ne rejette aucune pollution dans l'atmosphère, c'est un système passif (aucun mécanisme en mouvement) et il offre une énergie totalement gratuite.

C'est le physicien français Henri Becquerel qui découvrit les propriétés du silicium en 1853, mais ce sont des ingénieurs américains de la Bell Telephone Company qui mirent au point les premières "photopiles" en 1955. Schématiquement, une cellule en silicium photovoltaïque fonctionne de la manière suivante : les particules de lumière (les photons) sont absorbées par la galette de silicium. Ce faisant, il se crée une différence de potentiel électromagnétique, autrement-dit un courant électrique. Il s'agit d'un courant continu de faible tension (0,5 Volt par cellule). On connecte électriquement en série toutes les cellules d'un panneau pour augmenter l'intensité et on convertit ensuite le courant continu en alternatif par un onduleur. Un mètre carré de cellules fournit entre 100 et 200 Watts crête (suivant le type de cellules polycristallines ou monocristallines). Une vingtaine de m2 (soit la toiture d'une véranda standard par exemple) produit donc 2 à 4 kWc, l'équivalent de la consommation électrique moyenne d'une maison.

Toutefois, sauf dans le cas des installations en site isolé non raccordées au réseau EDF, l'électricité d'origine photovoltaïque n'est pas destinée à être consommée directement sur place. Elle est renvoyée dans le réseau public via un compteur qui enregistre le volume de kWh injectés. Le particulier équipé en panneaux PV vend donc à EDF sa production électrique, et parallèlement lui achète comme d'habitude la courant nécessaire à ses besoins. Les réseaux "production" et "consommation" sont donc indépendants, avec deux compteurs séparés calculant en sens inverse.

Quid pour la véranda ?

Installer des capteurs PV et/ou thermiques en toiture de véranda, est-ce possible ? La réponse est "oui" sans hésitation ! Il vous faudra néanmoins respecter plusieurs conditions pour que le rendement des capteurs soit optimal : la toiture devra idéalement observer une pente d'environ 30%, et si possible être orientée plein sud pour une exposition maximale à la lumière. Deux solutions de remplissage de toiture s'offrent à vous :

• la toiture opaque (panneau sandwich) dotée de capteurs thermiques ou photovoltaïques, ou encore d'une membrane PV souple (procédé Solartop)
• la toiture semi-transparente en double vitrage spécial photovoltaïque (il est possible de choisir entre plusieurs modèles plus ou moins translucides selon le nombre et la disposition des cellules placées dans le vitrage)

Le câblage électrique ou la tuyauterie thermique circulent à l'intérieur des chevrons de la toiture et demeurent invisibles. Le résultat esthétique s'avère très satisfaisant et l'intégration dans l'environnement réussie. Le bilan économique présente lui aussi un excellent profil. Malgré un coût d'équipement élevé (qui double facilement le budget de la véranda), la toiture solaire bénéficie de nombreuses faveurs pour encourager son développement. Citons tout d'abord la réduction d'impôt qui rembourse 50% du matériel (hors pose) ; viennent ensuite les aides des collectivités locales (subventions des Départements et des Régions) qui, cumulées avec le crédit d'impôt, peuvent financer 70% de l'investissement ; et surtout le rachat par EDF de l'électricité produite, à un tarif défiant toute concurrence.

KWh : Un différentiel de prix très avantageux

Sous réserve que les capteurs solaires soient réellement intégrés à la toiture (et non simplement rapportés à sa surface), EDF s'engage à vous racheter le courant à un prix six fois supérieur à celui que vous le payez habituellement (0,56€ par kWh revendu au lieu de 0,09 à 0,10€ par kWh consommé). Ce tarif est garanti par contrat sur une durée de 20 ans. Dans ces conditions, l'investissement "toiture solaire" représente un excellent placement puisque votre statut de producteur d'électricité vous permettra à moyen terme de rembourser le supplément de prix et même la totalité de la véranda dans certains cas. Une bonne affaire financière donc, assortie d'un geste concret en faveur de l'environnement puisque les dizaines de milliers de kWh "propres" que votre véranda produira en vingt ans économiseront des tonnes de CO2 rejetés dans l'atmosphère !

Foire aux questions

Les panneaux photovoltaïques sont-ils fiables ?
Les constructeurs garantissent généralement 80% du rendement électrique initial au bout de 20 ans. On estime que leur durée de vie totale est supérieure à 30-35 ans.

Le rendement d'un capteur est-il le même dans le Nord ou le Sud de la France ?
Evidemment non car il dépend de l'intensité de l'ensoleillement. Cependant l'écart n'est pas aussi important qu'il y paraît : entre Lille et Marseille, le déficit de rendement n'est qu'en moyenne de l'ordre de 35% (rappelons qu'un capteur solaire fonctionne même sous un ciel nuageux).

Les capteurs solaires nécessitent-ils un entretien particulier ?
A priori aucun, sinon de nettoyer épisodiquement leur surface. Ceci étant, même souillés ou poussiéreux, les panneaux continuent de produire – avec un rendement atténué – de la chaleur ou de l'électricité.

J'habite dans l'Est. Pourrais-je chauffer ma véranda avec des panneaux solaires ?
Le rendement des capteurs thermiques est directement dépendant des conditions et de la régularité de l'ensoleillement. Dans votre région, vous ne pourrez sans doute pas assurer votre chauffage uniquement à base d'énergie solaire. En revanche, vous pouvez injecter l'eau chaude en appoint sur le réseau de chauffage central ou mieux, installer un ballon solaire pour satisfaire vos besoins en eau chaude sanitaire (ce ballon solaire bénéficie également du crédit d'impôt de 50%).

Pourquoi le prix des capteurs photovoltaïques est-il si élevé ?
La production des cristaux de silicium est très complexe et onéreuse. Ce sont les mêmes qui sont utilisés pour l'élaboration des puces électroniques qui équipent les ordinateurs. D'autre part, les capacités de production sont encore insuffisantes en France pour fabriquer les capteurs en très grande série, ce qui fera sans doute baisser les coûts dans l'avenir.