Les énergies renouvelables

La cogénération ou co-génération est la production simultanée de deux énergies différentes dans un même processus.

Le cas le plus fréquent est la production d'électricité et de chaleur, la chaleur étant issue de la production électrique ou l'inverse.

Au sens plus large, l'énergie électrique peut être remplacée par l'énergie mécanique.

Un cogénérateur valorise l'énergie produite, thermique ou autre, qui est considérée comme un déchet mais qui peut être valorisée par la cogénération.

Qu’est-ce que la cogénération ?

Pour mémoire l’électricité peut être générée à partir d’une turbine, que cette turbine soit entraînée par de la vapeur créée à partir d’une source de chaleur (combustion de charbon, gaz, pétrole, fission d’uranium) ou par le déplacement d’un élément (barrage, éolienne).

Dans tous les cas la production d’électricité s’accompagne nécessairement d’un rejet de chaleur. Ainsi, avec 100 kWh d’énergie contenus dans un combustible (énergie primaire), une centrale électrique classique produit environ 30 kWh d’électricité (énergie finale) et rejette dans l’air et/ou une rivière 70 kWh de chaleur, le rendement de cette installation sera de 30%.

En effet, dans la majorité des cas, les contraintes techniques, économiques, ainsi que l’éloignement des centrales électriques avec les ensembles urbains, font que cette chaleur ne peut être valorisée et est donc perdue.

La cogénération permet de valoriser cette perte d’énergie. Une unité de cogénération produira à partir de 100 kWh de combustible, 30 kWh d’électricité et 60 kWh de chaleur qui sera utilisée, les 10 kWh restant étant perdus, le rendement de cette installation sera donc de 30 + 60 = 90%.

Quel que soit le combustible utilisé, il y a donc économie d’énergie.

Une unité de cogénération récupère la chaleur des gaz d’échappement et du condenseur d’une turbine produisant de l’électricité, grâce à la circulation d’un fluide caloporteur (eau) dans ces parties. Plutôt que d’être évacuée dans un système de refroidissement, elle est distribuée via un réseau de chaleur à divers bâtiments.

Une installation de cogénération est beaucoup plus complexe qu’une simple installation de production d’électricité de même puissance. Elle demande donc un investissement important.

Les puissances thermiques d’unités de cogénération vont de quelques dizaines de kW à plusieurs MW. Le combustible le plus utilisé est le gaz naturel, car il permet de hauts rendements électriques (jusqu’à 55%) et qu’il est facile d’utilisation. Toutefois, d’autres énergies peuvent être utilisées en cogénération comme le bois par exemple.
Les unités de cogénérations actuelles desservent des immeubles, des ensembles de bâtiments, ou bien des sites industriels utilisant de grandes puissances thermiques. Cette technologie concerne donc aujourd’hui plus particulièrement les collectivités et les grandes entreprises.

Pour le particulier, le raisonnement est inverse. Pour couvrir ses besoins de chauffage une chaudière à cogénération va produire à la fois de la chaleur et de l’électricité, celle-ci va être utilisée au fil de la production ou bien injectée sur le réseau électrique.

Des unités domestiques commencent à faire leur apparition sur le marché des particuliers, elles sont plutôt adaptées à des constructions performantes.

La cogénération, parce qu’elle permet d’améliorer l’efficacité énergétique, est appelée à se développer tant à l’échelle de l’entreprise ou de la collectivité que du particulier.

Généralités sur le chauffage au bois

Le bois est une énergie peu polluante, renouvelable et créatrice d’emplois locaux. L'utilisation de 4 m³ de bois-énergie permet d'économiser 1 tonne de pétrole (tep) et d'éviter en moyenne l'émission de 2,5 tonnes de CO2 dans l'atmosphère.

Le bois apporta par le passé une importante contribution à la production énergétique de la France. Après un déclin notable de son utilisation, il revient actuellement à l’ordre du jour pour ses qualités environnementales.

Pour certains, le bois-énergie apparaît contraignant, salissant, voire polluant, mais les appareils de dernière génération permettent de s’affranchir de ces problèmes, ce sont notamment les chaudières à alimentation automatique, qu’elles soient à plaquettes ou à granulés. Mais les appareils de combustion de bûches ont, eux aussi, bénéficié d’améliorations techniques.

Dans notre région, la forêt couvre 700 000 hectares. La consommation de bois-énergie par les particuliers est de 400 000 tonne-équivalent-pétrole (tep) par an.

Pour permettre la valorisation de cette ressource locale, la Région, les départements et les parties concernées se sont associés afin de coordonner leur action et organiser la filière bois. Aujourd’hui, on constate une forte demande pour le chauffage bois, notamment de la part des collectivités. On compte par ailleurs plusieurs centaines de chaudières à granulés installées par des particuliers sur la région.

Appareils de combustion et combustibles

Dans les appareils anciens « classiques », le bois est mis sous la forme de bûches de longueur comprise entre 33 cm et 1 m. Les appareils tels les cheminées, chaudières à bûches, inserts et poêles demandent à être fréquemment approvisionnés manuellement.
 

Comparatif des rendements suivant les appareils de chauffage au bois des moins récents aux plus récents

On note une nette amélioration des performances entre appareils anciens et récents.

Il existe des chaudières à alimentation automatique utilisant notamment du bois déchiqueté (plaquettes) ou des granulés. Un silo stocke le combustible et une vis sans fin (ou par aspiration) l’achemine jusqu’à la chambre de combustion de la chaudière, sans que l’utilisateur n’ait à intervenir. Les émissions de polluants sont très faibles et le rendement énergétique peut atteindre 95 %. Il est aujourd’hui facile de s’approvisionner en plaquettes ou en granulés sur notre région.

Il existe un label « Flamme verte » lancé en 2000 par l’Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie (ADEME), et des fabricants d’appareils domestiques. Sa vocation est de promouvoir l’utilisation du bois par des appareils de chauffage performants dont la conception répond à une charte de qualité exigeante en termes de rendement énergétique et d’émissions polluantes, sur laquelle s'engagent les fabricants d'appareils. De plus, Flamme Verte apporte la garantie que ces appareils respectent l’environnement en émettant très peu de particules fines.

Globalement, le prix d’acquisition d’une chaudière bois est plus élevé qu’une chaudière à fioul ou gaz, mais le combustible est moins onéreux et peu sujet à des variations.

Attention aux idées reçues :

Le bois est une énergie renouvelable si le prélèvement sur la forêt reste inférieur à l’accroissement biologique. C’est largement le cas en France et en Auvergne.

La forêt française n’est donc pas menacée par l’exploitation de bois. Au contraire, l’exploitation effectuée avec savoir-faire entretient la forêt en éclaircissant les boisements.

L’accroissement annuel de la forêt française est de 95 millions de m3, dont presque la moitié est inutilisée.

De même, tant que le prélèvement de bois est compensé par un accroissement des arbres, le CO2 émis par la combustion est réabsorbé par la croissance des arbres : c’est pourquoi on considère que les émissions de CO2 sont nulles à l’utilisation du bois (exceptées celles liées à la coupe et au transport).

Le bois émet-il plus de polluants locaux (particules, NOx, CO, …) que le fioul ou même le charbon ? Cela peut être vrai dans certains cas : si l’appareil de combustion est ancien et de mauvaise qualité, et/ou si le bois est souillé ou humide. Mais hormis ces circonstances, le chauffage au bois ne pose pas de problème de pollution.

En savoir plus : consulter le site de l’ADEME

Qu’est-ce que le chauffage solaire actif ?

Comme pour le chauffe-eau solaire, ce sont des capteurs solaires thermiques qui assurent la transformation du rayonnement solaire en chaleur utilisable pour le chauffage d’une maison. Il faut bien sûr prévoir une plus grande surface de capteurs que pour un chauffe-eau, ainsi qu’un système de distribution de chaleur différent.

Le soleil peut ainsi fournir 40% de vos besoins de chauffage.

Le chauffage solaire (actif ou passif) est le moyen le plus efficace, en termes de surface, pour collecter l’énergie solaire : en effet, 20 m² de capteurs intégrés au bâtiment peuvent produire plus de 5000 kWh de chaleur par an. Or obtenir même quantité d’énergie demande l’utilisation durable d’environ 2000 m² de forêt dans le cas du chauffage au bois.

Technologies utilisées

On appelle système solaire combiné (SSC) une installation solaire qui associe le chauffage des locaux et de l’eau sanitaire.

Tout comme pour le chauffe-eau solaire, l’eau circulant dans les capteurs solaires est chauffée par le rayonnement solaire. Cette eau passe ensuite dans un échangeur thermique sanitaire pour produire l’eau chaude sanitaire, ainsi que dans la distribution de chauffage.

La technologie la plus utilisée est le plancher solaire direct (PSD) : l’eau issue des capteurs est envoyée dans un ballon régulateur de l’eau à 45°C, qui la distribue dans un plancher chauffant. Celui-ci monte en température (27°C en surface) et chauffe les pièces. La dalle du plancher stocke une partie de la chaleur pour la restituer dans les heures qui suivent le coucher du soleil.

Quelques principes de base

Le rendement thermique (c’est-à-dire la quantité d’énergie récupérée par rapport à l’énergie solaire incidente) des capteurs solaires est d’autant plus important que la température de l’eau de chauffage est faible. Or, pour la distribution de chaleur dans le logement, la surface d’échange de chaleur doit être plus importante pour une température de fluide plus basse. Le chauffage solaire s’associe donc bien avec des solutions tels que le plancher ou le mur chauffant (eau à 40°C), la distribution par radiateurs classiques (dimensionnés pour de l’eau à 60°C voire 80°C) s’accompagnera d’un mauvais rendement.
On compte des jours ensoleillés en décembre (7 à 10) et si la couverture nuageuse n’est pas trop importante, l’installation peut produire de la chaleur avec la lumière diffuse.

Attention aux idées reçues :
Tout comme le chauffe-eau solaire, le chauffage solaire fonctionne dans toute la France. Il est d’ailleurs d’autant plus pertinent au nord du pays que la saison de chauffe s’étale sur une longue période de l’année comprenant les mi-saisons.

De ce fait, selon l’ADEME, une même installation de chauffage solaire produira à Strasbourg plus de kWh pour le chauffage qu’à Marseille.

Il est possible en théorie, mais pas rentable financièrement, de prévoir une surface de capteur et un volume de stockage assez importants qui couvriraient presque l’ensemble des besoins de chauffage par le soleil. Un appoint est de toute façon nécessaire pour les périodes sans soleil. Toutefois, une bonne conception d’ensemble et une bonne gestion des chauffages actifs et passifs permettent dans les meilleurs cas de couvrir 80% des besoins, le reste étant fourni par combustion d’énergies fossiles (fioul, gaz), renouvelables (bois, …), ou par l’électricité (hydraulique, nucléaire, charbon).

Lorsque l’installation solaire est conçue pour le chauffage, la surface importante permet évidemment la production d’eau chaude sanitaire. L’apport gratuit du solaire représente alors au moins 55% des besoins de chauffage et d’eau chaude.

Parce qu’il y a de longues périodes sans soleil en hiver et que la température atteinte à cette saison par les capteurs ne peut servir, le plus souvent, qu’à la préchauffer, l’eau chaude sanitaire nécessite un appoint de chauffage en hiver.          

Implantation des capteurs

L’orientation doit être plein sud, ou du moins déviée de moins de 30° par rapport au plein sud. 

Les capteurs doivent favoriser la captation de rayonnement en hiver, quand le soleil est bas dans le ciel : il faudrait donc une inclinaison qui varierait de 45 à 80°.  À chaque mois de l’année correspond une inclinaison de capteur optimale, donnée ci-dessous.

• septembre 41°
• octobre 52°
• novembre 62°
• décembre 65°
• janvier 63°
• février 56°
• mars 45°
• avril 30°
• mai 16°

En général, plus on souhaite obtenir un taux de couverture important, plus on mettra une grande surface de capteurs et plus on cherchera une inclinaison favorisant le mois de décembre. Mais une surface relativement faible (10 m²) de capteurs, inclinée à 45°, reste pertinente pour réduire la consommation d’énergie pour le chauffage à la mi-saison.

En construction neuve, la surface de capteurs à installer est d’environ 1 m² pour 6 à 10 m² de plancher chauffant.

Il ne faut pas qu’il y ait d’ombre importante sur les capteurs, c’est-à-dire de bâtiments, arbres entre le soleil et les capteurs. Il est possible de calculer la perte de production due à un masque pour juger si elle pénalisante.

Prix d’un SSC

Les prix généralement constatés pour une installation sont de l’ordre de 1000 € par m² de capteur. Une installation compte entre 10 et 25 m² de capteurs.

(ne pas oublier le Soleil lors de la conception d’un bâtiment)

Qu’est-ce que le chauffage solaire passif ?           

Il s’agit d’un apport d’énergie solaire entrant par les vitrages d’un bâtiment. C’est le moyen le plus simple et efficace d’utiliser l’énergie solaire.           

Ces apports peuvent contribuer de façon significative à la couverture des besoins de chauffage (de l’ordre de 40%), sans surcoût important pour une construction neuve.      

Comment obtenir ces apports d’énergie solaire ?

Pour obtenir ces apports d’énergie, une fenêtre ou baie vitrée doit apporter de la chaleur en hiver et éviter qu’elle ne rentre en été. Ainsi qu’il est expliqué dans l’article traitant de l’orientation des vitrages, ces deux objectifs vont en fait de pair avec une vitre verticale orientée au sud.

Chauffage solaire passif en hiver

L’orientation plein sud est préférable, tant du point de vue du confort d’été que pour les apports de chauffage l’hiver. Une vitre orientée au sud-ouest ou sud-est recevra encore des quantités non négligeables de rayonnement, mais qui seront inférieures de 25% (par jour clair) à une vitre orientée plein sud pour le mois de décembre. D’autre part, les apports en juillet seront supérieurs de 33%. En fait, dès que l’orientation s’éloigne du plein sud, il y a une baisse rapide des performances. Ainsi, à l’ouest ou à l’est, les apports solaires sont inférieurs de 40% à ceux au sud sur l’hiver et même de 60% pour le mois de décembre.

Quel type de vitrage utiliser ?

Pour toutes les orientations, le vitrage doit être performant pour réduire les déperditions de chaleur, il faut utiliser par exemple des doubles vitrages dits "peu émissifs".

On pourrait par ailleurs croire un simple vitrage plus efficace : certes il laisse passer un peu plus le soleil, mais les pertes de chaleur sont beaucoup plus importantes : les études montrent que les simples vitrages ont un bilan forcément déficitaire en énergie, même au sud.         

Pour connaître la performance d’un vitrage, on peut se renseigner soit sur sa classe thermique (de th5 à th11 : plus elle est élevée, meilleure est l’isolation), soit sur son coefficient de déperdition thermique (noté Ug) en W/m².°C (noté aussi W/m².K). Lorsqu’on parle de la performance de la fenêtre on parle du Uw. Plus ce coefficient est élevé, moins la fenêtre est performante. On peut aussi parfois trouver comme donnée la résistance thermique d’une menuiserie, en m².°C/W , qui est simplement l’inverse du coefficient de déperdition. Ainsi, une résistance thermique de 0,5 m².°C/W correspond à un coefficient de déperdition de 2 W/m².°C.

Le graphique suivant donne des exemples de coefficient de déperditions globales pour différents types de fenêtre.

Les valeurs 4/12/4 indiquent les épaisseurs de verre (4mm) et de la lame d’air (12mm) dont est fait le double vitrage.

Pour obtenir des vitrages performants (déperdition inférieure à 1,5W/m².°C) aujourd’hui, les fabricants remplissent l’espace du double vitrage par de l’argon ou du krypton, gaz lourd freinant mieux les transferts de chaleur que l’air.

Pour limiter encore les déperditions et renvoyer le rayonnement infra-rouge vers l’intérieur de la pièce, des particules métalliques sont projetées sur un, voire les deux, vitrages, formant des films dits peu émissifs, ou faiblement émissifs.

De nouveaux intercalaires font leur apparition permettant la suppression ou l’atténuation des ponts thermiques entre les vitrages, on parle de warm edge.

Les fabricants de fenêtres et de vitrages sont en constante recherche d’amélioration, les coefficients Uw et Ug ne sont plus les seuls affichés, on parle également du Sw et Tw.
Sw est le facteur solaire de la baie vitrée, il est compris entre 0 et 1, il traduit la capacité de la fenêtre à laisser entrer la chaleur à l'intérieur de la maison. Plus Sw est haut, plus la quantité de chaleur transmise augmente. (Attention un Sw élevé en été, favorisera les surchauffes, il est donc important de penser aux protections solaires).
TLw est le facteur de transmission lumineuse de la baie vitrée, il est compris entre 0 et 1, il traduit la capacité de la fenêtre à laisser passer la lumière naturelle à l'intérieur de la maison. Plus TLw est haut, plus la quantité de lumière naturelle augmente.
 

Les apports solaires passifs représentent-ils une part importante du chauffage ?

On note tout d’abord que les apports solaires par un vitrage isolant ayant une déperdition thermique moyenne (2 W/m².°C) compensent presque toujours les déperditions de jour. En effet, le flux thermique de déperdition par une température extérieure de –10° sera de 60 W par m². Or les apports solaires pendant une journée d’hiver sont de 800 W/m² dans les conditions favorables, mais ne descendent presque jamais en dessous de 100 W/m² : l’éclairage du soleil est toujours présent, même par temps très nuageux. On voit donc que de jour, le bilan « apports moins déperditions » de chaleur est toujours favorable pour une vitre, tandis qu’un mur opaque ne fait que laisser la chaleur s’échapper par conduction.

Les vitres performantes ne laissent donc pas partir la chaleur le jour. La nuit, un store réduit les déperditions, toutefois elles restent supérieures à celles d’un mur opaque.

Un calcul approximatif permet de connaître un ordre de grandeur de la contribution des apports solaires pour le chauffage sur l’année.

On considère, par exemple, une maison « moyenne » des années 2000 à Clermont-Ferrand de surface au sol 100 m², de déperdition 170 W/°C. Cette maison se chauffe partiellement au solaire passif : elle possède 12 m² de vitrages au sud sur lesquels ne porte aucune ombre. Ces vitrages laissent passer 75% de l’énergie incidente.

Des logiciels (tels que Calsol de l’INES) nous permettent de connaître l’ensoleillement moyen, tandis que des moyennes de température relevées par Météo France, nous déduisons les valeurs des déperditions de chaleur du bâtiment.          

On obtient les données suivantes pour la période de chauffe :

Comme on le voit, la contribution du solaire passif peut être très importante à Clermont-Ferrand : près de la moitié des besoins de chauffage sur l’année et ce, pour un investissement minime à la construction d’une maison.

^{(*)Cette valeur est donnée à titre indicatif. Dans la pratique, l’intermittence du chauffage solaire passif et la difficulté pour stocker la chaleur fait probablement baisser de quelques points ce taux de couverture.}

Recommandations pour une bonne utilisation du chauffage solaire passif

Que votre maison soit en projet ou déjà construite, quelques éléments sont à prendre en compte pour ne pas perdre les apports gratuits du soleil. Il ne faut pas oublier qu’une maison possédant des fenêtres au sud peut d’ores et déjà profiter de cette énergie, sans rénovation.

Pour cela, il est essentiel de bien laisser pénétrer le rayonnement par ces fenêtres l’hiver : or certaines personnes peuvent être gênées visuellement, et ferment des stores extérieurs lorsque le soleil brille. Cela réduit à néant les apports solaires. Si vous êtes gêné par le soleil hivernal, il faut prévoir un store intérieur de couleur sombre comme protection solaire, laissant bien passer la chaleur, par exemple des « stores américains ».

Pour l’été, il est important d’équiper les surfaces vitrées de stores isolants, extérieurs cette fois. Les surchauffes d’été sont ainsi mieux contrôlées. L’hiver, à partir du moment où le soleil est couché, le rayonnement est nul et il est donc préférable d’un point de vue énergétique de fermer stores et volets.          

Qu’en est-il des vérandas ?

Une véranda contribue elle aussi au chauffage solaire passif. Son intégration est beaucoup plus facile que d’importants travaux de rénovation. D’autre part, elle réduit les déperditions de chaleur sur la façade où elle se trouve.

Cependant, les apports d’énergie par m² sont trois fois plus faibles par ce moyen que par l’entrée directe du rayonnement dans le bâtiment.

Pour un bon confort d’été, il faut réduire les apports solaires estivaux, pour cela évitez de vitrer le toit de la véranda. Attention ! Vouloir chauffer une véranda l’hiver autrement que par le soleil implique d’importantes dépenses d’énergie.

Totalement propre, économique, partout disponible, l’énergie solaire peut produire votre eau chaude tout au long de l’année grâce à l’installation d’un chauffe-eau solaire individuel (CESI). Vous pouvez réduire de 60 % votre consommation d’énergie pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS).

Fonctionnement

Le principe de fonctionnement d’un chauffe-eau solaire est simple : le rayonnement solaire est absorbé par une plaque noire, laquelle transmet sa chaleur à un fluide caloporteur (eau + antigel) dont la circulation est assurée par une pompe.
Ce fluide passe dans un échangeur thermique (serpentin) dans le ballon d’eau sanitaire à laquelle il cède sa chaleur, à une température pouvant être de 90°C, avant de retourner au capteur.

Production de chaleur par un capteur solaire

La production de chaleur d’un capteur se mesure en kWh, comme l’électricité. En Auvergne, 1 m² de capteur incliné à 45° et orienté plein sud produira environ 500 kWh de chaleur par an.

Attention aux idées reçues !
Non, les capteurs solaires ne sont pas improductifs en dehors du sud de la France. La production d’un capteur dans le Puy-de-Dôme sera inférieure d’environ 25 % à celle produite dans le Gard. 1m² supplémentaire suffit pour obtenir la même production d’ECS pour 4 personnes.

On utilise la notion de taux de couverture pour mesurer la contribution, en pourcentage, de la production d’eau chaude sanitaire par une installation solaire (le reste étant fourni par l’appoint). Ainsi une installation solaire produisant 1500 kWh/an alors que les besoins sont de 2000 kWh/an a un taux de couverture annuel de 75%.

Pour une installation classique de 4 m² pour un foyer de 4 personnes, en Auvergne, le taux de couverture annuel peut être de 60%, allant de 25% en décembre à 100 % en juillet.

La productivité d’une installation est la production de chaleur (en kWh) par m² de capteur, sur une période de temps donnée. Elle peut aller de 20 kWh/m² pour le mois de décembre, jusqu’à 60 kWh/m² en juin.

Implantation

Les capteurs sont intégrés de préférence dans le toit du bâtiment s’il est en pente, mais ils peuvent aussi être posés au sol, sur une terrasse d’immeuble ou en pignon.

Inclinaison : en général, l’inclinaison est de 45° pour capter le maximum d’énergie sur l’année. Une inclinaison plus forte favorise le captage en hiver.

Surface : pour une consommation de 50 litres d’eau chaude par jour et par personne (moyenne française), on compte en général 1 m² à installer par personne. On peut augmenter cette surface, mais au-delà la production de chaleur croît moins vite que la surface de capteur.

Orientation : il est préférable de tourner les capteurs plein sud. Toutefois, selon certaines contraintes comme l’évitement d’un masque ou la position du bâtiment, une déviation par rapport au sud inférieur à 30° peut être acceptée sans perte importante de productivité.

Masque : avant de penser à implanter un capteur solaire, il faut s’assurer qu’aucun masque (bâtiment, arbre, etc…) ne s’interpose entre le soleil et le capteur. Si c’est le cas, on peut calculer la perte de production qui en découle, après étude sur le terrain.

Ballon de stockage d’ECS : on prend au minimum un stockage correspondant à 1 jour de consommation, soit 200 litres pour 4 personnes. Un stockage plus important est plus onéreux mais permet, dans une certaine mesure, d’augmenter la production des capteurs en récupérant une fraction plus importante la chaleur produite.

Coût

Le coût d'une installation comprenant 4 m² de capteurs + ballon de stockage, tout compris (excepté l’appoint) est généralement compris entre 4000 et 7000 €. Il dépend de la longueur de tuyauterie à installer et des contraintes pour la pose du capteur.

L’énergie solaire peut servir à produire de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Cet usage diffère complètement de la production de chaleur (chauffages actif et passif, eau chaude sanitaire).

L’électricité solaire est propre et inépuisable. En produisant de l’électricité, les capteurs (appelés modules photovoltaïques) ne créent aucun rejet. La consommation sur le lieu de production évite les pertes en ligne d’énergie. En installant une centrale photovoltaïque, vous contribuerez à votre échelle à la réduction d’impact sur l’environnement de la production d’électricité.

Définition

Une installation est caractérisée en premier lieu par sa puissance crête, c’est-à-dire la puissance maximale qu’elle peut fournir dans les conditions idéales d’ensoleillement et de température. On considère en général qu’un mètre carré de capteur a une puissance de 200 watts crête (Wc).

La production d’énergie d’une installation de 5 m², soit 1 kWc en Auvergne sera de l’ordre de 1100 kWh par an (pour comparaison, une famille de 4 personnes consomme environ 3000 kWh/an, hors chauffage et eau chaude sanitaire).

Installation des modules

Les modules sont orientés de préférence vers le sud, mais selon les contraintes une orientation sud-ouest ou sud-est peut être acceptée. Il faut également éviter les ombres occultant la course au soleil, hiver comme été. À notre latitude, ils sont généralement inclinés de 45°. Avec une inclinaison de 30°, on obtient le maximum d’énergie sur l’année mais la production hivernale est défavorisée. Les dispositions possibles sont nombreuses : au sol, sur un pignon de maison, intégrés à la toiture ou posés par-dessus les tuiles, intégré à la façade lors de la conception du bâtiment.                       

Aspects techniques   

Les modules produisent une électricité en tension continue de 24 ou 48 Volt. Or l’électricité du réseau, et celle utilisée par la plupart des appareils, est à 230 V alternatifs. C’est pourquoi une installation reliée au réseau comprend un onduleur qui adapte l’électricité.

Une installation isolée comprend généralement aussi un onduleur, car actuellement il est difficile de se procurer des appareils électriques fonctionnant sur courant continu.

Technologies des cellules PV

Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. Il existe 3 grands types de cellules au silicium :

• Cellule en silicium amorphe : peu coûteuse mais peu efficace, cette technologie est prioritairement utilisée pour les toutes petites puissances nécessaires aux objets portables (montres, calculatrices…) ;
• Cellule en silicium en monocristallin : très efficace (rendement supérieur au polycristallin) mais sa fabrication à partir de minerai est plus délicate et donc plus coûteuse. Ce sont des cellules bien généralement d’un bleu uniforme ;
• Cellule en silicium polycristallin : meilleur rapport qualité-prix. Ce sont des cellules de couleur bleue, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.

Ces technologies à base de silicium sont de loin les plus utilisées aujourd’hui ; néanmoins d’autres technologies dites « couches minces », en particulier CIS et CdTe se développent de plus en plus sur le marché.

Applications

On distingue deux principaux types d’application de l’électricité photovoltaïque pour les particuliers : la production reliée au réseau électrique national et la fourniture en site isolé. Pour ce second cas, l’installation sera plus complexe et chère, par la nécessité d’installer des batteries de stockage, ainsi qu’un appoint en cas d’absence prolongée du soleil.

Le marché du photovoltaïque et en constante augmentation. Le prix du Watt crête installé a fortement baissé au cours des dernières années. Attention tout de même aux arnaques qui sont très présentes dans ce secteur. Voici quelques éléments clés pour déjouer les pièges :

Pour une installation d’une puissance de 3 kWc :

• Elle va produire environ 3300 kWh sur l’année.
• Cette production peut être soit revendue dans son intégralité à 18 c € le kWh, soit autoconsommée et le surplus revendu à 10 c € le kWh.
• Au vu de l’augmentation du coût de l’électricité, la deuxième solution est celle à envisager.
• Elle permet d’économiser environ 420 € d’électricité par an (part d’autoconsommation) et de revendre environ 100 € d’électricité par an (tarif 2021).
• Elle coûte entre 7 000 € et 8 000 €.

Au 1er janvier 2022, une seule aide existe. Il s’agit de la prime à l’investissement qui est de 0.39 €/Wc installé (environ 1170 €).