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On parle de module hybride ou de module combiné lorsqu’un module peut être utilisé à la fois pour le photovoltaïque et le solaire thermique ou pour la production d’eau chaude. Il s’agit donc d’une combinaison de panneaux photovoltaïques et de panneaux solaires thermiques, également connus sous les termes de thermo-photovoltaïque ou de photothermie. La partie photovoltaïque est utilisée pour produire de l’électricité solaire, la partie solaire thermique pour produire de l’eau chaude.
Alors que pour les modules photovoltaïques, le rendement est d’autant plus élevé que la température des cellules est basse, le solaire thermique nécessite logiquement des températures élevées pour les collecter dans un réservoir d’eau. Un module photovoltaïque perd environ 0,4% à 0,5% de son rendement par degré Kelvin (degré Celsius) d’augmentation de température. Or, un module solaire thermique fonctionne à des températures très élevées. C’est précisément à midi, lorsque l’installation photovoltaïque produit le plus d’électricité, que les réservoirs d’eau du système solaire thermique sont déjà remplis.
Que faire de la chaleur, se demande-t-on ? Lorsque la vanne du réservoir d’eau est fermée pour éviter une surchauffe, des températures allant jusqu’à 140 degrés Celsius peuvent apparaître dans le module. Si l’on considère que la puissance nominale d’un module PV est déterminée à 25°C, cela signifie qu’un module d’une puissance nominale de 200 WP ne produirait plus que 85 W de puissance réelle.
140°C – 25°C = 115°C Différence de température
115°C x 0,5%/°C = 57,5% de puissance en moins
200 Wp – 57,5% = 85 Wp.
Passons au point suivant : pour un ménage de 4 personnes, une installation solaire thermique ne nécessite qu’environ 12 mètres carrés pour l’eau chaude et le chauffage d’appoint. Une installation photovoltaïque de taille normale occupe cependant une surface de toit beaucoup plus importante. Il faut donc ici aussi réfléchir à la répartition. Équiper toute la surface du toit de modules hybrides n’a pas beaucoup de sens, car on ne peut pas du tout utiliser la chaleur produite.
L’idée est donc d’utiliser la chaleur produite ou de s’en débarrasser. Si vous êtes propriétaire d’une grande piscine, d’un hôtel, d’une maison de retraite ou d’un sauna, les modules hybrides sont parfaits pour vous, car la chaleur peut être immédiatement évacuée et utilisée. Dans ce cas, les modules seraient même refroidis à des températures d’environ 30°C pendant le déjeuner.
Tous ceux qui n’ont pas accès à de telles installations doivent réfléchir à la manière dont ils peuvent se débarrasser de la chaleur excédentaire. Différentes stratégies sont alors utilisées :
Il est également possible d’utiliser cette nouvelle forme de production combinée de chaleur et d’électricité dans ces applications en combinaison avec une centrale de cogénération, qui assure alors la couverture de la charge de base des besoins en chaleur et en électricité en hiver et n’est mise en service qu’en cas de besoin en été. De même, les installations PVT peuvent également être utilisées pour la climatisation et le refroidissement dans les entreprises industrielles et commerciales.
Pour les maisons individuelles et les immeubles collectifs dont les besoins en chaleur sont typiquement d’environ 2000 heures de chauffage par an, la rentabilité de l’installation pose les mêmes problèmes du point de vue thermique que la décision d’opter ou non pour une installation solaire thermique normale.
Comme la surface solaire utilisable sur les toits des maisons d’habitation est généralement plus grande que la surface de capteurs nécessaire pour couvrir les besoins en chaleur, il est alors souvent judicieux de combiner des modules PV et des capteurs solaires thermiques ou des modules PV et des modules PVT.
Un concept d’utilisation judicieux des modules hybrides se présente, par exemple, en combinaison avec une pompe à chaleur géothermique. Les modules PVT ne sont alors pas utilisés comme source de chaleur « chaude » pour l’eau chaude et le chauffage, mais comme source de chaleur « froide » pour la pompe à chaleur. Pendant les mois d’été, l’excédent de chaleur solaire, qui resterait sinon inutilisé et pourrait nuire à l’efficacité de l’installation PVT, est évacué dans le sol via les sondes géothermiques. Le sol entourant les sondes géothermiques est ainsi réchauffé et la pompe à chaleur eau glycolée/eau dispose d’un niveau de température source plus élevé au début et pendant la période de chauffage. Cela permet d’augmenter le coefficient de performance annuel de la pompe à chaleur.
L’avantage d’une telle combinaison est en outre que l’exploitant ne se fixe pas sur un type de production d’énergie et occupe en conséquence la surface du toit. Ainsi, en cas de hausse des prix du chauffage, l’exploitant d’une installation photovoltaïque ou le propriétaire d’une maison qui n’a opté que pour des capteurs solaires thermiques peut, en cas de forte hausse des prix de l’électricité, payer à long terme des frais d’entretien globalement plus élevés pour sa propriété que s’il utilisait des modules hybrides.
Le choix de modules hybrides est donc également une protection tous azimuts contre la hausse unilatérale des prix de l’énergie. C’est pourquoi, en raison de la complexité des conditions d’application, les personnes qui décident d’utiliser des modules PVT hybrides comme installation de toiture doivent toujours consulter un spécialiste PV qui peut identifier et évaluer à l’avance les conditions techniques et économiques d’utilisation.
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