L’énergie solaire : historique, définition, chiffres clés, dernières actualités
Les prémices de l’exploitation de l’énergie solaire remontent à l’année -213 lorsqu’Archimède utilisait les miroirs ardents pour concentrer les rayons du soleil. Son invention aurait permis d’enflammer les navires ennemis durant le siège de Syracuse. Pendant notre ère, c’est le physicien américain Robert Andrews Millikan qui réussit à produire de l’électricité en 1916, grâce à la première cellule photovoltaïque. Les rendements demeuraient toutefois très faibles, les cellules étant trop couteuses à produire.
Aujourd’hui, les avancées technologiques permettent de convertir de l’énergie solaire à grande échelle, grâce à l’optimisation des coûts, de l’efficience et du rendement des installations. Pour l’exemple d’une installation photovoltaïque de 3 kWc, le cout de l’énergie est estimé à 0,12 €/kWh [Source]. Cette amélioration du rendement a donné un élan considérable à la production mondiale au cours de ces dernières années. On estime ainsi à 940 GWc, la capacité des panneaux solaires photovoltaïques disponibles à travers le monde en 2021 [source], contre 15 GWc en 2010. Les prévisions tablent sur une production supplémentaire de 351 GWc à l’échelle mondiale d’ici en 2026 et la couverture de 70 % des besoins planétaires en électricité en 2100.
Hormis le photovoltaïque, l’aspect thermique de l’énergie solaire est aussi exploité, notamment pour le chauffage domestique, mais aussi pour produire de l’eau chaude et de l’électricité. Certaines technologies orientées sur le solaire thermique permettent de pallier l’intermittence de production du photovoltaïque, en chauffant du liquide comme l’eau pour stocker les calories captées pendant la journée.
L’énergie solaire : les avantages et les inconvénients
L’énergie solaire est une ressource renouvelable particulièrement abondante sur notre planète, représentant un potentiel de 122 petawatts (122 x 1015 W). Elle figure aussi parmi les énergies les plus propres, bien que son empreinte ne soit pas totalement neutre, du fait de la fabrication des équipements. Les exploitations de l’énergie solaire ont également l’avantage de la polyvalence et d’une grande modularité selon les besoins.
Au revers, l’intermittence de la production demeure l’un des principaux inconvénients de cette énergie, jusqu’ici dominée par le photovoltaïque. La production photovoltaïque est notamment inexistante la nuit, mais également réduite, lorsque les conditions d’ensoleillement en journée ne sont pas optimales.
À ce même titre, la production baisse en hiver du fait des conditions climatiques, alors que les besoins augmentent en cette période. Pour leur part, les technologies telles que les exploitations thermodynamiques permettent de produire 24h/24, mais demeurent couteuses à mettre en œuvre.
Les 3 types d’exploitations de l’énergie solaire
Les ondes électromagnétiques transportées à travers le rayonnement solaire peuvent être exploitées de différentes manières pour produire de l’énergie exploitable.
L’énergie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque permet d’exploiter la lumière visible du rayonnement solaire pour produire de l’électricité. L’énergie ainsi convertie est destinée à l’alimentation des appareils domestiques : téléviseurs, ordinateurs, éclairage, etc., mais aussi des équipements industriels et commerciaux.
La technologie photovoltaïque est structurée sur l’effet photoélectrique, activant le mouvement des électrons sous l’effet de la lumière.
Comment fonctionne l’énergie solaire photovoltaïque ?
Une installation solaire photovoltaïque est dotée d’un ou de plusieurs panneaux photovoltaïques, eux-mêmes constitués de plusieurs cellules photovoltaïques. Ce sont ces dernières qui convertissent l’énergie lumineuse en courant électrique, grâce à l’effet photoélectrique.
Le courant continu produit par les modules est converti par un onduleur en courant alternatif avant d’être injecté dans le réseau. L’énergie photovoltaïque peut être utilisée directement pour alimenter les appareils domestiques en autoconsommation avec ou sans revente du surplus. Elle peut aussi être stockée dans des batteries d’accumulateurs pour une utilisation ultérieure.
Les avantages et inconvénients de l’énergie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque offre l’avantage de l’indépendance énergétique partielle ou totale. Il est même possible de réinjecter le surplus produit dans le réseau public pour générer un revenu passif. L’électricité produite pourra être revendue en guichet ouvert jusqu’à 500 kWc ou par voie d’appel d’offres au-delà de ce seuil.
Cette ressource pratiquement intarissable contribue d’ailleurs à la réduction des impacts de la filière énergie sur l’environnement. Les kits photovoltaïques domestiques sont, en outre, faciles à installer et sont modulables selon les besoins et le budget de chaque foyer. D’un autre côté, le système photovoltaïque requiert un investissement initial assez lourd. Il requiert aussi un maximum d’ensoleillement pour délivrer son potentiel optimal en kilowatt-crête.
Le prix de l’énergie solaire photovoltaïque
Les prix des installations photovoltaïques ont régressé au cours de ces dernières années, et les équipements proposés sur le marché sont de plus en plus accessibles.
Il faut aujourd’hui un budget moyen de 7 500 à 9 000 € pour mettre en place une puissance en crête de 3kW, et jusqu’à 12 000 € pour 6 kW. L’investissement initial pour une capacité de 9 kWc peut, pour sa part, atteindre les 18 000 €.
Les énergies solaires thermiques individuelles
Un équipement solaire thermique de base est conçu pour la produire de l’eau chaude sanitaire. Il existe aussi des équipements de chauffage solaire thermodynamique individuels, qui permettent de chauffer la maison et la piscine, en plus de produire de l’eau chaude. Ces deux types d’installations exploitent la chaleur du rayonnement solaire.
Comment fonctionnent les énergies solaires thermiques individuelles ?
Alors qu’un système photovoltaïque convertit la lumière visible du soleil, une installation thermique en exploite le spectre ultraviolet véhiculant la chaleur. Le chauffage fonctionne ainsi sans aucune source électrique, au même titre qu’une chaudière au bois ou au gaz. Un chauffe-eau solaire basique transporte la chaleur captée grâce à un fluide coloporteur circulant à travers un serpentin.
Ce dernier traverse le ballon de stockage de l’eau chaude et restitue directement la chaleur par échange thermique. Ce système permet de produire de l’eau chaude à moindre coût, mais requiert des conditions optimales d’ensoleillement. Un système d’appoint peut d’ailleurs s’avérer nécessaire pour la production nocturne ou dans les conditions d’ensoleillement réduit.
À la différence du chauffe-eau solaire basique, un équipement solaire thermodynamique utilise le phénomène de condensation, grâce à la présence d’un condenseur, d’un détendeur et d’un compresseur. Son efficience s’en retrouve nettement accrue en comparaison avec celle d’un chauffe-eau solaire de base.
Un chauffage solaire thermodynamique individuel peut servir à chauffer l’eau sanitaire, l’air ambiant de la maison, ou encore l’eau de la piscine. Ce système peut aussi fonctionner 24h/24 en captant les calories présentes dans l’air et le vent pendant la nuit. Néanmoins, il n’est pas entièrement autonome, et doit être alimenté par une source électrique.
Les avantages et inconvénients de l’énergie solaire thermique individuelle
D’une part, un chauffe-eau solaire individuel a l’avantage de fonctionner de manière autonome sans aucune source électrique. Il affiche, de ce fait, un excellent rendement et conviendra à toutes les localités bénéficiant d’un ensoleillement raisonnable. En revanche, ses performances dépendent considérablement des conditions climatiques. Il est d’ailleurs conseillé d’avoir un système d’appoint pour porter l’eau sanitaire à la bonne température.
D’autre part, un chauffe-eau solaire thermodynamique est particulièrement intéressant en termes de rendement. Ce type de matériel peut couvrir jusqu’à 70 % des besoins en eau chaude sanitaire et jusqu’à 35 % du chauffage de la maison. Il a également l’avantage de pouvoir fonctionner dans des conditions d’ensoleillement réduit, voire pendant la nuit. Le chauffe-eau solaire thermodynamique requiert, en revanche, une source électrique pour fonctionner, contrairement aux modèles solaires classiques.
Le prix de l’énergie solaire thermique individuelle
Le prix des chauffe-eaux solaires individuels varie selon plusieurs critères, dont le type, la marque et la capacité. Prévoyez notamment un budget de 2 000 à 4 500 € pour un kit complet à tubes sous vide d’une capacité de 200 à 300 L. Une installation solaire thermodynamique vous coutera, pour sa part, entre 3 000 et 8 000 € pour une capacité de 250 à 450 L.
Les centrales thermodynamiques à concentration
L’énergie solaire thermodynamique à concentration est une technologie relativement récente qui consiste à exploiter la chaleur du rayonnement pour produire de l’électricité. Elle est généralement mise en œuvre dans des usines de grande envergure, à l’exemple de la centrale Llo dans les Pyrénées-Orientales. L’énergie solaire thermodynamique à concentration dispose d’un potentiel considérable, en ce sens qu’il permet de maintenir la production d’électricité, même dans les conditions de faible ensoleillement, voire pendant la nuit.
Comme fonctionnent les centrales thermodynamiques à concentration ?
Une centrale solaire thermodynamique produit de l’électricité de la même manière qu’une centrale thermique, grâce à un générateur. La différence est qu’au lieu d’être alimenté avec des ressources fossiles comme le charbon, le gaz ou le fioul, ce type de centrale fonctionne avec de la vapeur d’eau, sans aucune combustion ni émission de carbone.
De manière simple, une centrale solaire thermodynamique utilise des réflecteurs va orienter les rayonnements du soleil vers un concentrateur. Ce dernier va chauffer des centaines de milliers de litres d’eau pour générer de la vapeur sous pression destinée à faire fonctionner les turbines du générateur.
Quels sont les avantages de l’énergie solaire thermodynamique à concentration ?
Le principal avantage de l’énergie solaire thermodynamique à concentration réside dans la capacité des centrales à fournir de l’électricité 24h/24, sans utiliser les batteries. Il est en effet possible de stocker une quantité d’eau chauffée pendant la journée pour permettre le fonctionnement des turbines durant la nuit. L’énergie produite est en outre une énergie propre qui occasionne un impact moindre sur l’environnement. Le fonctionnement du générateur repose uniquement sur la température concentrée des rayons du soleil et n’implique aucune émission de gaz à effet de serre. L’empreinte carbone est de ce type d’exploitation se limité à la fabrication des équipements de production.
Malgré ses avantages, l’énergie solaire thermodynamique à concentration requiert des conditions d’ensoleillement annuel minimum de 1 800 kWh/m2. Une grande quantité d’eau est également nécessaire pour la production de la vapeur sous pression. En conséquence, ce type d’installation ne conviendra pas à toutes les régions. La construction de ce genre de centrale coute aussi plus cher, au même titre que son entretien. Les réflecteurs requièrent, à titre d’exemple, un nettoyage régulier pour maintenir la capacité optimale.
Tableau récapitulatif des 3 types d’exploitations de l’énergie solaire
| Type d’énergie | Photovoltaïque | Thermique | Thermodynamique à concentration |
| Production | Électricité | Chauffage et eau chaude sanitaire | Électricité |
| Fonctionnement | Effet photoélectrique | Chauffage par spectre ultraviolet | Production de vapeur sous pression |
| Avantages | Énergie propre Modulable Facilité d’entretien Possibilité de revente du surplus de production | Énergie propre Faible cout de production Production 24h/24 possible en thermodynamique | Énergie propre Production 24/24 |
| Inconvénients | Requiert un investissement initial Requiert un ensoleillement optimal Requiert de l’espace Aucune production pendant la nuit | Requiert un investissement initial Requiert une alimentation électrique en thermodynamique | Réservée aux grandes exploitations |
| Prix | 7 500 à 6 000 € pour 3 kWc | 2 000 à 8 000 € pour un ballon de 200 à 450 L | – |
Le cadre réglementaire de l’énergie solaire
Les réglementations sur l’installation des équipements d’exploitation d’énergie solaire en France portent essentiellement sur les capteurs au sol, au mur ou sur toiture. Le cadre applicable varie généralement selon la taille et les capacités de votre équipement. Il vous faudra à cet effet :
- Un accord de l’Assemblée générale des copropriétaires pour toute installation sur un bâtiment en copropriété ;
- Une déclaration préalable des travaux auprès de la Commune pour les équipements d’une puissance de 3 kWc et d’une hauteur inférieure à 1,80 m ;
- Une demande de permis de construire auprès de la Commune pour les équipements d’une puissance de 3 à 250 kWc ou d’une hauteur supérieure à 1,80 m ;
- Une autorisation de la Direction départementale des territoires en référence a PLU ;
- Une étude d’impact environnemental pour les puissances de 250 kWc ou plus ;
- Une déclaration d’exploitation pour une puissance de 250 à 4 500 kWc ;
- Une autorisation d’exploiter pour une puissance supérieure à 4 500 kWc.
Le chauffage solaire pour une maison
Le chauffage solaire thermodynamique individuel – à ne pas confondre avec les centrales solaires thermodynamiques à concentration – permet, non seulement de produire de l’eau chaude sanitaire, mais aussi de chauffer la maison, ou encore l’eau de la piscine. Ce type d’installation est composé des éléments suivants :
- Un capteur atmosphérique, constitué d’un panneau solaire parcouru par un fluide frigorigène ;
- Une unité thermodynamique intégrant un échangeur thermique, un condenseur, une pompe de circulation, un compresseur et des émetteurs tels que les radiateurs.
Comment fonctionne le chauffage solaire pour une maison ?
Le cycle du chauffage domestique solaire commence au niveau du capteur thermique. Ce dernier va capter les calories présentes surtout dans le rayonnement solaire, mais aussi le vent et l’air ambiant. Ce critère permet à l’équipement d’assurer sa fonction, même dans les conditions d’ensoleillement réduit, voire pendant la nuit.
Le fluide frigorigène, alors à l’état liquide, va entrer en ébullition en parcourant le capteur et passer à l’état gazeux. Il chemine vers le cylindre central, où il restitue la chaleur accumulée avant d’être compressé pour reprendre le cycle de chauffe. Cette chaleur restituée pourra être répartie pour le chauffage de la maison et la production d’eau chaude sanitaire 24h/24.
Quelles sont les aides de l’État ?
Les aides de l’État sur l’énergie solaire s’inscrivent parmi les dispositifs incitatifs dans le cadre de la transition énergétique. Dans tous les cas, les travaux doivent être réalisés par un professionnel RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) pour être éligibles à ces aides.
La Prime à l’autoconsommation photovoltaïque
Vous pouvez prétendre à cette prime si vous souhaitez produire de l’électricité photovoltaïque pour votre propre consommation. Les montants sont fixés chaque trimestre et s’établissent comme suit, selon les dernières communications :
- 390 € par kWc pour une puissance inférieure ou égale à 3 kWc ;
- 290 par kWc pour une puissance entre 3 et 9 kWc ;
- 160 par kWc pour une puissance entre 9 et 36 kWc ;
- 80 par kWc pour une puissance entre 36 et 80 kWc.
Une TVA à 10 % ou à 5,5 %
Les travaux de mise en place d’équipements d’exploitation de l’énergie solaire bénéficient de la réduction du taux de la TVA, à savoir :
- Un taux intermédiaire de 10 % pour les équipements photovoltaïques d’une puissance inférieure ou égale à 100 kWc ;
- Un taux réduit à 5,5 % pour les chauffages solaires thermodynamiques individuels.
L’aide MaPrimeRénov’
Le dispositif MaprimeRénov’ vous permet d’accéder à une aide financière allant jusqu’à 5 000 € sur l’installation d’un équipement solaire combiné thermodynamique. Ce financement a été pensé pour accompagner les ménages ayant un revenu modeste dans la transition énergétique. Pour en bénéficier, le projet doit être réalisé dans la résidence principale du demandeur, que ce dernier soit locataire ou propriétaire occupant.
L’éco-PTZ
L’éco-prêt à taux zéro vous permet d’emprunter jusqu’à 50 000 € remboursables jusqu’à 20 ans. Le financement est destiné à la mise en place d’une exploitation solaire sur votre résidence principale achevée depuis au moins 2 ans. L’éco-PTZ est cumulable avec l’aide MaPrimeRénov’ et concerne, dans ce cas, le reste dû sur le financement des travaux.
Quels sont les principaux acteurs de l’énergie solaire en France
Le parc solaire photovoltaïque français est doté d’une puissance totale de 15,2 GW. Ce marché est dominé par 3 principaux acteurs de l’énergie, à savoir ENGIE, EDF et Total Energies.
ENGIE
Avec le rachat de 95 % des parts sociales de Solairedirect en 2022, ENGIE confirme sa position de leader de l’Énergie solaire. La société dispose d’une capacité de 900 MWc à travers des centrales photovoltaïques répartis à travers la France. On peut notamment citer le parc de Gréoux-les-Bains avec ses 300 000 panneaux solaires photovoltaïques et celui des Alpes-de-Haute-Provence, exploitant 105 000 panneaux. Hormis ses centrales, Engie accompagne aussi les particuliers et les professionnels en proposant des installations solaires photovoltaïques et thermiques individuelles.
EDF Renouvelables
EDF Renouvelables est aussi un acteur majeur dans le domaine des énergies renouvelables français. Ce fournisseur d’énergie exploite des parcs photovoltaïques répartis à travers la France pour une capacité totale de 385 MWc. EDF Renouvelables occupe aussi une place prépondérante sur le marché des installations photovoltaïques et des chauffe-eaux solaires thermodynamiques individuels.
Total Energies
Total Energies figure aussi parmi les principaux acteurs français de l’énergie solaire, avec une production photovoltaïque évaluée à 383 MWc. Cette société dispose entre autres de centrales au sol de 55 MWc Gien dans le Loiret et 55 MWc à Fos-sur-Mer dans les Bouches-du-Rhône. Total Energies accompagne aussi les particuliers dans leurs projets d’installation de panneaux photovoltaïques en autoconsommation.
Notre avis sur l’énergie solaire
Le rayonnement du soleil dispose d’un potentiel énergétique considérable, pouvant être exploité à travers les équipements solaires photovoltaïques, thermiques et thermodynamiques. Cette énergie permet notamment de produire de l’électricité, de réchauffer la maison ou encore de produire de l’eau chaude sanitaire. Les installations individuelles constituent un excellent moyen de réduire vos dépenses énergétiques sur le long terme, mais requièrent un investissement initial.
Ces investissements peuvent aller de quelques milliers à une dizaine de milliers d’euros selon la puissance que vous souhaitez produire. Les aides de l’État comme les primes Energie, l’éco-PTZ et MaPrimeRénov’ ont été pensées pour faciliter votre accès à cette énergie renouvelable en autoconsommation.
FAQ
Que signifie kWc ?
L’unité kilowatt crête (1kWc = 1 000 Wc) désigne la puissance maximale pouvant être produite par un équipement solaire photovoltaïque. L’atteinte de cette capacité maximale est conditionnée par des critères comme l’orientation des panneaux, leur inclinaison et un ensoleillement optimal. La puissance effective produite est généralement inférieure à la capacité en crête, compte tenu des variations climatiques.
Quelle surface pour installer des panneaux solaires photovoltaïques ?
Un panneau solaire standard doté d’une puissance maximale de 375 Wc mesure entre 1,6 et 1,8 m2. Prévoyez de ce fait une superficie de 13 à 16 m2 pour l’installation de 8 panneaux d’une puissance totale de 3 kWc, et jusqu’à 31 m2 pour 16 panneaux d’une puissance de 6 kWc.
