L’eau chaude solaire et les systèmes électriques solaires sont parfaitement complémentaires, constituant une ressource d’énergie et de conservation qui peut faire une réelle différence par rapport aux besoins énergétiques conventionnels. La combinaison permet une utilisation plus efficace de l’espace de toit précieux, la partie collectrice du système faisant plus que doubler la puissance de sortie par mètre carré grâce au seul composant solaire photovoltaïque.

Mais comment fonctionnent ces panneaux solaires hybrides ?

Le fonctionnement d’un panneau solaire hybride

Les cellules solaires photovoltaïques deviennent moins efficaces à mesure qu’elles deviennent plus chaudes, une baisse qui peut être importante lors des journées chaudes et ensoleillées. En outre, l’énergie solaire photovoltaïque est inefficace et une partie de l’énergie est «perdue» dans l’environnement environnant. Ce dont le solaire photovoltaïque a besoin, c’est d’un partenaire capable de compléter ses atouts et de compenser ses carences. Heureusement, un tel partenaire existe – le solaire thermique. Maintenant, il semble que les deux se réunissent dans ce qui pourrait être un mariage heureux.

En plaçant un capteur solaire thermique derrière un panneau solaire photovoltaïque (PV), les cellules PV peuvent être refroidies. Dans le même temps, le capteur solaire peut récolter la majeure partie de l’énergie qui passe à travers le générateur qui serait autrement perdue, la récupérant pour une utilisation productive.

Ces systèmes peuvent générer quatre fois l’énergie produite à partir d’une même surface pour seulement une augmentation de coût de 25%. Bien que coûtant plus qu’une seule unité de l’un ou l’autre type, une unité combinée peut être produite à un prix beaucoup plus abordable que deux unités thermiques et photovoltaïques séparées.

De quels matériaux est composé le panneau solaire hybride ?

Les capteurs photovoltaïques thermiques peuvent être construits de la même manière que les capteurs solaires thermiques, généralement dans une boîte avec un couvercle en verre, ou peuvent s’orienter davantage vers la conception de panneaux solaires photovoltaïques, avec moins d’isolation et pas de couvercle en verre.

On peut s’attendre à ce que ce dernier concept ait un rendement de conversion inférieur à celui du premier, mais un rendement électrique plus élevé, et il sera plus sensible aux variations de puissance dans des conditions venteuses.

Dans les deux cas, l’élément solaire photovoltaïque peut être amorphe ou cristallin à base de silicon, conventionnels ou à couche mince, et constitués de cellules solaires à simple, double ou triple jonction en fonction des compromis efficacité de conversion / coût.

Sur le plan commercial, de nombreuses entreprises solaires ont été pleinement occupées à répondre à la demande thermique et solaire photovoltaïque et à améliorer leurs systèmes séparés, alors que techniquement, il y a eu des problèmes tels que le maintien de la stabilité à long terme des éléments solaires photovoltaïque lorsqu’ils sont utilisés avec des capteurs solaires thermiques.

Comment les panneaux solaires hybrides produisent de l’électricité ?

Le photovoltaïque convertit directement l’énergie solaire en électricité. Ils fonctionnent sur le principe de l’effet photovoltaïque. Lorsque certains matériaux sont exposés à la lumière, ils absorbent les photons et libèrent des électrons libres. Ce phénomène est appelé effet photoélectrique. L’effet photovoltaïque est une méthode de production d’électricité à courant continu basée sur le principe de l’effet photoélectrique.

Sur la base du principe de l’effet photovoltaïque, des cellules solaires ou des cellules photovoltaïques sont fabriquées. Ils convertissent la lumière du soleil en électricité à courant continu (CC). Mais une seule cellule photovoltaïque ne produit pas suffisamment d’électricité. Par conséquent, un certain nombre de cellules photovoltaïques sont montées sur un châssis de support et sont électriquement connectées les unes aux autres pour former un module photovoltaïque ou un panneau solaire. Les panneaux solaires couramment disponibles vont de plusieurs centaines de watts à quelques kilowatts. Ils sont disponibles en différentes tailles et différentes gammes de prix. Les panneaux ou modules solaires sont conçus pour fournir de l’énergie électrique à une certaine tension, mais le courant qu’ils produisent dépend directement de la lumière incidente. La plupart du temps, nous avons besoin d’une alimentation en courant alternatif et, par conséquent, le système d’énergie solaire se compose également d’un onduleur.

Nous devons souligner le manque à gagner de ne pas refroidir les panneaux solaires photovoltaïques, en soulignant que pour chaque degré d’augmentation au-dessus de 25 ° C, la production électrique diminue jusqu’à un demi pour cent. Ainsi, un générateur photovoltaïque de toit typique à 55–75 ° C fournirait 15-25% d’électricité en moins. Si la température devait monter à 80 ° C, ce qui est tout à fait possible en plein soleil, un générateur évalué à 10 kW pourrait fournir un peu plus de 7 kW.

L’utilisation de la solution solaire hybride pour contrôler la température solaire photovoltaïque tout en exploitant la chaleur «résiduelle» de manière productive peut réduire les périodes de récupération solaire photovoltaïque d’un tiers à la moitié. En outre, un système combiné est susceptible d’être esthétiquement plus attrayant qu’un système solaire thermique seul, étant amélioré par la superposition solaire photovoltaïque «high-tech» et conduisant à un réseau de toiture plus uniforme.

Comment les panneaux solaires hybrides produisent de l’eau chaude sanitaire ?

Le collecteur transfère l’énergie capturée à un fluide de circulation, un fluide ou de l’air qui à son tour l’amène à un endroit où il peut être stocké ou utilisé, comme un réservoir d’eau chaude, un espace de bâtiment ou au sol pour une récupération ultérieure par une pompe à chaleur. Dans ce scénario, les cellules solaires photovoltaïques sont refroidies par contact avec le capteur solaire thermique à une température de fonctionnement plus optimale, idéalement d’environ 25 ° C. En fournissant à la fois des formes d’énergie thermique et électrique, le mariage aboutit à un processus de cogénération solaire.

Le moyen utilisé pour extraire la chaleur de l’absorbeur thermique du système et refroidir le panneau solaire photovoltaïque peut être un fluide, normalement de l’eau ou de l’air. L’eau, le dissipateur thermique dans les dispositifs solaires thermiques, est mise en circulation à travers des tuyaux disposés en serpentin ou enroulés pour avoir une surface maximale en contact avec la plaque absorbante à surface noire à laquelle ils sont intimement fixés.

Les prolongements de ces conduites passent soit par un circuit fermé dans un ballon d’eau chaude pour chauffer l’eau sanitaire, soit dans le sol d’où elle peut ensuite être récupérée par une pompe à chaleur géothermique. La pompe de circulation utilisée pour propulser l’eau autour du circuit fermé peut être alimentée par l’élément solaire photovoltaïque, avec une alimentation électrique de secours si nécessaire.

Si, en revanche, l’air est utilisé comme fluide caloporteur / liquide de refroidissement, l’air utilisé pour ventiler le générateur solaire photovoltaïque peut être transféré via un plénum et des conduits vers le système de chauffage des locaux d’un bâtiment, ou transmis à un échangeur de chaleur où le l’énergie thermique est extraite et stockée, par exemple, dans des radiateurs à accumulation de nuit ou de l’eau chaude.

Pour résumer

Les panneaux solaires hybrides sont une solution technique assez ingénieuse. Il est à souligner qu’au vu de ses avantages; alliant électricité et eau chaude, elle coûte relativement plus chère aux autres types de panneaux solaires. Elle reste une solution intéressante si vous cherchez à complètement switcher à l’énergie verte chez vous.