L’énergie solaire thermique : de la chaleur au froid

En France, comme un petit peu partout dans le monde, l’énergie solaire, ou énergie photovoltaïque, est en plein développement. L’ambition de nombreux pays est de permettre l’éclosion massive des énergies renouvelables, dont l’énergie solaire thermique, afin qu’elles puissent se retrouver au cœur du système énergétique de demain. Si les coûts de production de l’énergie solaire dite classique ont fortement diminué, permettant ainsi un développement de masse, les avancées technologiques sont également au cœur des enjeux des années à venir. Parmi les développements récents, l’énergie solaire thermique présente de nombreux avantages. Nous avons décidé de vous emmener au cœur de cette méthode qui peut refroidir le soleil.
 

Sommaire :

Définition de l’énergie solaire thermique

Aujourd’hui, nous sommes tous plus ou moins familiers avec l’énergie solaire dite classique. Cette méthode de production d’énergie consiste en effet à capter les rayons du soleil, notamment la chaleur qui s’en dégage, via des panneaux photovoltaïques pour les convertir en électricité injectable sur le réseau énergétique grâce à des onduleurs. En revanche, peu de personnes sont aujourd’hui familières avec l’énergie solaire thermique qui, si elle utilise bien la même source, s’appuie sur un concept qui diffère. 

Définition de l’énergie solaire thermique

Quel est le principe de l’énergie solaire thermique ?

Le grand principe de l’énergie solaire thermique est de capter, à l’aide de cellules photovoltaïques, le rayonnement du soleil à chaque instant de la journée. À partir de là, le mécanisme consiste ensuite à transformer cette lumière en chaleur, en suivant plusieurs niveaux de température.
 

La transformation de la lumière en chaleur se matérialise par l’échauffement d’un fluide, qui peut se présenter sous une forme solide ou liquide. Celui-ci peut ensuite être utilisé de différentes manières :

- Directement, pour assurer la production d’eau chaude sanitaire ou pour faire fonctionner un équipement de chauffage
- Indirectement, via la production de vapeur d’eau qui entraînera à son tour des alternateurs. Grâce à ce processus, il est ensuite possible d’obtenir une énergie électrique qui peut permettre de nombreux usages, comme l’utilisation d’une climatisation par exemple.

 

C’est donc à travers ce mécanisme que l’énergie solaire thermique peut engendrer une production de froid.
   

En quoi ce système se différencie-t-il du photovoltaïque ?

Comme son nom l’indique, l’énergie solaire photovoltaïque s’appuie sur l’effet photoélectrique qui permet de transformer les photons du soleil en électricité. Les photons du soleil sont des paquets d’énergie échangés lors de la rencontre entre la lumière et une matière, quelle qu’elle soit. 
 

L’électricité obtenue grâce à ce mécanisme se retrouve sous forme de courant continu, qui sera ensuite changé en courant alternatif grâce à des onduleurs qui sont l’inverse des redresseurs.
 

En revanche, l’énergie solaire thermique s’appuie bien sur le rayonnement du soleil pour produire la chaleur indispensable à son fonctionnement. Celui-ci est capturé grâce à un capteur solaire qui se base sur des mécanismes physiques comme l’absorption ou encore la conduction thermique. 
 

Dans notre quotidien, l’application la plus fréquente de cette technologie se retrouve dans les chauffe-eaux solaires sur le mode de l’autoconsommation. La production de la chaleur via ce fluide est ainsi parfaitement adaptée aux besoins d’un chauffe-eau.  

 

Tout savoir sur l'autoconsommation solaire

Quels sont les avantages et inconvénients de l’énergie solaire thermique ?

Quels sont les avantages et inconvénients de l’énergie solaire thermique ?

L’énergie solaire thermique est une technique relativement ancienne, puisque sa première utilisation remonte à Archimède en 212 avant J.-C. Aujourd’hui, cette méthode de production reste cependant dans l’ombre de la tendance photovoltaïque, technologie la plus utilisée dans l’énergie solaire. Malgré tout, de nombreux avantages existent dans la méthode thermique.

Les avantages de l’énergie solaire thermique

Parmi les principaux avantages de l’énergie solaire thermique, il est possible de citer le fait qu’elle s’appuie sur des technologies parfaitement maîtrisées pour un coût modéré. 
 

Ainsi, les capteurs solaires utilisés sont relativement simples d’utilisation et offrent une très grande durée de vie. Pour la transformation de cette énergie en électricité, les turbines à vapeur sont elles aussi parfaitement éprouvées depuis de très nombreuses années.
 

Grâce à cette maîtrise des coûts et des technologies sous-jacentes, le rendement d’une centrale solaire thermique peut être très élevé. Dans les pays à très fort taux d’ensoleillement, le retour sur investissement énergétique peut être inférieur à 1 an. Cela signifie qu’en seulement 1 an, la centrale a produit plus d’énergie qu’elle n’en a nécessitée pour sa construction. Le rendement énergétique d’une centrale photovoltaïque est à contrario un peu moindre du fait de la quantité de silicium utilisée.
 

Les frais de fonctionnement sont plutôt faibles pour une centrale thermique et la possibilité d’utiliser des fluides permet d’envisager un usage de type frigorifique, pratiquement impossible dans le cas de l’énergie solaire photovoltaïque.
 

Les contraintes de l’énergie solaire thermique

Comme toutes les énergies renouvelables qui s’appuient sur un élément naturel (soleil, vent, force de l’eau…), la contrainte principale est l’intermittence de cet élément. Ainsi, pour imaginer une production de froid la nuit ou une électricité distribuée de manière continue, il faudra associer un autre type d’énergie à l’énergie solaire thermique. Une des possibilités pour parer ce point consiste autrement à investir dans des matériels de stockage performants qui permettront d’emmagasiner l’électricité ou le fluide produit afin de le redistribuer en fonction des besoins réels. 
 

Par ailleurs, le délai entre la production de chaud et une production de froid peut être relativement long. Ainsi, il faut compter généralement au moins 12 heures pour arriver à cette production combinée. 
 

Enfin, l’autre grande contrainte de cette énergie se trouve dans ses coûts de maintenance élevés. Au contraire du photovoltaïque qui ne nécessite souvent qu’un simple lavage des panneaux, l’énergie solaire thermique demande un entretien plus technique, lié aux capteurs et surtout à la turbine utilisée. Un personnel qualifié est souvent indispensable pour réaliser cette maintenance qui conditionnera la performance de la centrale.  

Quelques chiffres sur l’énergie solaire thermique

La volonté du gouvernement français est d’arriver à une production d’énergie renouvelable représentant 32 % du mix énergétique national d’ici 2030. Parmi les différentes alternatives, quelle peut être la place de l’énergie solaire thermique ? Que coûte une installation de ce type ? Voici quelques données chiffrées.
 

Le coût d’une installation solaire thermique

Pour l’installation d’une centrale de type solaire thermique, il faut compter entre 6 000 et 8 000 € du kW installé. Ces prix sont à comparer avec ceux du photovoltaïque, pour lequel un coût estimé entre 2 000 et 4 000 € du kW peut être envisagé en fonction de l’endroit où les panneaux sont implantés (toiture, ombrière…).
 

En effet, cette dernière technologie a déjà un effet de volume, alors que le solaire thermique est encore relativement émergent. De plus, l’écosystème global manque de compétence sur le sujet de la climatisation solaire, augmentant ainsi le coût de l’installation d’une telle centrale. Les problèmes liés au stockage de l’énergie solairepèsent aussi dans le coût d’une installation.
 

En revanche, en fonction de l’ensoleillement de l’emplacement de la centrale, les économies d’énergie peuvent vite être importantes, venant donc compenser assez fortement les investissements.

Quelques chiffres sur l’énergie solaire thermique

Les chiffres de production d’énergie solaire thermique

La Chine est de très loin le plus gros producteur d’énergie solaire thermique avec une production estimée à 289 GWth pour l’année 2014. Ce chiffre représente plus de 70 % de la production mondiale, loin devant les États-Unis, qui produisent environ 17 GWth sur cette année.
 

Ce type de production est encore peu développé en France, qui souffre dans une grande partie du pays d’un ensoleillement insuffisant pour absorber les coûts d’investissement. Ainsi, la production d’énergie solaire thermique est inférieure à 158 Wth par habitant. L’Autriche est le pays avec la meilleure concentration puisque ce ratio atteint 419 Wth par habitant en 2014.
 

En France, l’utilisation recensée pour ce type d’énergie est souvent liée à un chauffe-eau. Cet appareil, en effet très énergivore, justifie une association avec une production propre, qui permettra de réaliser des économies importantes sur une facture d’énergie.
 

Comment choisir un fournisseur d’énergie responsable ?

Si vous êtes sensibles au respect de l’environnement et au développement des énergies propres qui permettent de préserver les ressources naturelles de la planète, il vous sera important de trouver un fournisseur d’énergie qui respecte cette vision. 
 

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L'énergie solaire : récapitulatif

Sujets Informations importantes
Définition de l’énergie solaire thermique - Capte le rayonnement du soleil et transforme cette lumière en chaleur.
- Utilise des cellules photovoltaïques pour capter le rayonnement.
Principe de l’énergie solaire thermique 1. Capture le rayonnement solaire.
2. Transforme la lumière en chaleur.
3. Échauffe un fluide (solide ou liquide).
4. Utilisé directement pour le chauffage ou indirectement pour produire de l'électricité.
Différence avec le photovoltaïque - L'énergie solaire photovoltaïque transforme les photons du soleil en électricité.
- L'énergie solaire thermique capte le rayonnement pour produire de la chaleur.
Avantages de l’énergie solaire thermique 1. Technologies maîtrisées à coût modéré.
2. Capteurs solaires durables et simples.
3. Rendement élevé dans les zones ensoleillées.
4. Faibles frais de fonctionnement.
5. Possibilité d'usage frigorifique.
Inconvénients de l’énergie solaire thermique 1. Intermittence de la source d'énergie.
2. Délai entre production de chaud et de froid.
3. Coûts de maintenance élevés.
4. Besoin de stockage performant.
5. Coûts d'installation plus élevés comparés au photovoltaïque.

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