Cet article a pour objectif d’explorer la solution solaire domestique en vue d’accompagner la transition écologique et de contribuer à une information objective et sourcée.

Avant-propos : Avant de produire de l’électricité ou de l’eau chaude, il est important de réduire ses dépenses énergétiques, pour dimensionner la production en fonction des besoins. De plus, la proportion d’énergie produite localement augmente d’autant plus que l’on adopte une démarche de sobriété énergétique en limitant la consommation de l’habitation (isolation, etc.). Les avantages des technologies des panneaux solaires sont bien plus nombreux que leurs inconvénients…

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Plan de l’article

1. Trois familles de panneaux solaires

Panneaux photovoltaïques

Ils transforment l’énergie solaire en électricité, avec un rendement de l’ordre de 20 %. Les meilleurs rendements sont actuellement obtenus avec les panneaux monocristallins (rendement de l’ordre de 22 %)*.
*Cf.wikipedia.org et l’Ademe

Cette famille de panneaux solaires implique l’installation :

• a minima des panneaux eux-mêmes,
• d’un (ou plusieurs) onduleur(s),
• d’une structure de fixation,
• d’un coffret de protection,
• de sets de câbles et de connectiques pour raccorder l’ensemble.

Cette configuration permet d’auto-consommer directement une partie de l’électricité produite et/ou d’en réinjecter dans le réseau électrique (gratuitement ou en la vendant, selon les configurations).

Il est également possible de stocker une partie de l’électricité produite le jour pour la consommer plus tard, en ajoutant des batteries. Cependant, compte tenu du coût actuel des batteries, cette solution est à privilégier uniquement dans le cadre d’une recherche d’autonomie énergétique. 

Panneaux thermiques

Ils transforment de l’énergie solaire en eau chaude (sanitaire ou chauffage), avec un rendement de l’ordre de 80 % (source Ademe).

Cette famille de panneaux solaires implique l’installation a minima :

• des panneaux eux-mêmes,
• d’un ballon tampon pour stocker l’énergie produite sous forme d’eau chaude,
• d’une centrale de commande de l’ensemble,
• d’un réseau de tuyauterie pour connecter l’ensemble.

Cette configuration permet de produire de l’eau chaude sanitaire et/ou de chauffer un réseau de radiateurs à eau ou un plancher chauffant.

Panneaux hybrides (photovoltaïques et thermiques)

Ils servent à transformer l’énergie solaire en électricité et en eau chaude en maintenant un rendement photovoltaïque stable par forte chaleur (contre – 0,5 % par degré supplémentaire au-delà de 25 °C). Cependant, il s’agit d’une technologie récente, et on a un recul limité sur sa durée de vie.

2. Pourquoi installer des panneaux solaires sur une toiture et pas au sol ?

• Pour produire de l’énergie décarbonée localement en limitant les pertes en ligne.

L’électricité produite sur le lieu de consommation (pour l’auto-consommation et/ou l’alimentation du réseau local) subit moins de pertes en ligne (2 à 6 % sur le réseau français[1]);

L’énergie produite sous forme d’eau chaude par des panneaux thermiques ne peut être consommée qu’à quelques mètres de là. Le positionnement des panneaux sur le toit limite les pertes thermiques.

• Pour optimiser la captation des rayonnements solaires par une exposition optimale. Au niveau du sol, l’ombre des bâtiments et de la végétation provoque des pertes de rendement.

• Pour avoir le droit :

1. D’installer plus de 3 KWc (puissance nominale des panneaux), ce qui n’est pas autorisé au sol ;
2. De vendre l’électricité produite non consommée par le bâtiment (à moins de 3 KWc, l’électricité injectée dans le réseau n’est pas rémunérée (70 % de la production en moyenne, cf. « Le Particulier ») ;

• Pour ne pas artificialiser les sols : avec une puissance maximum autorisée de 3 KWc pour des panneaux au sol, l’artificialisation du sol est d’environ 14 m carrés, autant de place perdue dans votre jardin ;

• Pour bénéficier de subventions : aucun droit à des subventions n’est octroyé pour des panneaux au sol ;
• Pour sécuriser les panneaux contre le vol et le vandalisme.

3. Enjeux environnementaux

L’installation de panneaux solaires est l’une des solutions crédibles pour contribuer aux défis majeurs liés au changement climatique, y compris dans les pays du nord de l’Europe.

La configuration architecturale d’un projet solaire n’a pas uniquement un aspect esthétique. Les aspects environnementaux doivent aussi faire l’objet d’attention.

• La production de panneaux solaires consomme des ressources disponibles : silicium, extrait de sable ou de quartz, aluminium, cuivre (pas de terres rares dans les panneaux installés en France) ;
• Leur taux de recyclage est de 95 %, avec une filière de recyclage française depuis 2015. En fonctionnement, ils ne génèrent pas de nuisances pour l’environnement (ni mouvement, ni bruit) ;
• En ce qui concerne l’énergie carbonée nécessaire à sa construction, un module photovoltaïque met 1 à 3 ans à produire l’énergie qui a été utilisée pour le fabriquer et sa durée de vie est de 25 ans et plus ;
• En ce qui concerne les conditions éthiques et sociales de production des panneaux (origine des panneaux, respect de normes sociales dans les pays producteurs) : certains panneaux solaires sont importés de Chine, mais plusieurs sites de fabrication existent en France (déjà plus de 6 000 emplois directs en France).

Spécificités des panneaux photovoltaïques

(source Ademe)

Au cours de sa vie, un panneau photovoltaïque assure une production d’énergie décarbonée, avec un rendement d’environ 20 à 22 % (pour 5 W solaires captés par le panneau, environ 1 W d’électricité est produit par le panneau).

La durée de vie garantie des panneaux actuels selon les constructeurs est de 20 à 50 ans (30 ans en moyenne) pour les panneaux et de 25 ans pour les micro-onduleurs (10-15 ans pour les onduleurs).

Le rendement garanti actuellement selon les constructeurs est de l’ordre de 90 % (sur les 20 % de départ) jusqu’à 10 ans, puis de 86 % jusqu’à 25 ans d’existence.

Une filière française existe.

Autoconsommation de l’énergie (avec ou sans stockage) et/ou injection dans le réseau électrique

• Réinjection dans le réseau :
  • Un abonnement spécifique est nécessaire ainsi qu’un câblage spécifique pour forte puissance en revente totale ;
  • Le tarif de revente du kWh est fixé à la signature du contrat ce qui est très avantageux pour l’acheteur à terme.

• Autoconsommation directe : c’est le choix le plus efficace et économique, mais uniquement le jour.
• Autoconsommation avec stockage :
  • Achat de batteries nécessaire : coût important mais en baisse rapide ;
  • Pertes énergétiques du fait du rendement de charge et de décharge de la batterie : 70 à 95 % selon les modèles.
  • Ressources nécessaires pour la fabrication de la batterie à prendre en compte d’un point de vue environnemental.

Lieux de fabrication des panneaux photovoltaïques

La source principale est l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe) et le Ministère en charge de l’environnement (ecologie.gouv.fr).

Certaines étapes de la fabrication des panneaux solaires sont fréquemment réalisées en Chine. Mais plusieurs sites de fabrication existent en France : ceux de Systovi à Carquefou, de Voltec à Dinsheim sur Bruche, d’Akuo Sunstyle à Châtellerault, de Recom-Sillia à Lannion ou encore de Photowatt à Bourgoin-Jallieu. Au total, et en comptant aussi les sociétés qui conçoivent les projets, celles qui les réalisent et celles qui les exploitent, la filière représente actuellement plus de 6 000 emplois directs en France.

Recyclage de panneaux solaires

Plus de 95 % de la masse des panneaux (verre, plastique et aluminium) peuvent être recyclés dans les filières industrielles existantes. Il existe une filière de recyclage en France depuis 2015.

Les composants comme le silicium ou des métaux en bien plus faibles quantités (argent, cuivre, et autres complexes semi-conducteurs) sont, eux aussi, récupérables et recyclables.

Malgré le peu d’équipements aujourd’hui en fin de vie, le recyclage des panneaux solaires est déjà opérationnel (obligation des constructeurs de récupérer les panneaux usagés et de mettre en place une filière de recyclage). Une montée en puissance de la filière est en cours et nécessaire, au fur et à mesure de l’arrivée en fin de vie des premiers panneaux installés.

Spécificités des panneaux thermiques

La source principale est l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe)

Au cours de sa vie, un panneau thermique produit de l’énergie décarbonée, avec un rendement d’environ 80 % (pour 5 W solaire capté par le panneau, environ 4 W d’énergie thermique sont produits par le panneau sous forme d’eau chaude, soit 4 fois plus d’énergie produite au m² qu’avec le photovoltaïque).

• La durée de vie garantie des panneaux actuels est la suivante :
  • de 20 à 30 ans pour des capteurs plans de qualité (certains constructeurs les garantissent 10 ans) ;
  • de 15 à 20 ans pour un ballon performant, avec un suivi régulier ;
  • d’environ 10 ans pour le circulateur, les sondes de température et la régulation.
• L’autoconsommation de est l’énergie obligatoire ;
• Il y a une obligation de proximité entre les panneaux et le ballon tampon :
  • Achat d’un ballon tampon (ballon de stockage de l’énergie sous forme d’eau chaude) ;
• Il y a des pertes énergétiques liées aux pertes thermiques du ballon, variables en fonction de son isolation.

4. Quels enjeux architecturaux ?

Le déploiement de panneaux solaires doit répondre à des exigences architecturales, en particulier esthétiques, pour que le projet s’intègre harmonieusement dans son environnement.

Cela implique une installation sur mesure, selon la nature et l’environnement du bâtiment, qui est difficile à standardiser, d’un bâtiment à un autre, d’un environnement à un autre. Par ailleurs, les configurations architecturales sont différentes entre le résidentiel et le tertiaire.

Mais il existe des solutions techniques pour rendre les panneaux solaires discrets : cadre noir sur fond noir, surface mate pour éviter les phénomènes d’éblouissement ou de déranger la faune présente autour du site, dont les oiseaux.

Valoriser le patrimoine immobilier, y compris ancien, et ne pas le dégrader

Le patrimoine immobilier, notamment les bâtiments anciens, participent au cachet de nos lieux de vie, mais il est aussi nécessaire de le faire vivre.

Dans le contexte de changement climatique et des nombreux défis qui concernent les bâtiments pour maintenir leur habitabilité sans faire exploser leur consommation d’énergie, il semble important de trouver des solutions techniques, y compris pour les bâtiments anciens.

Le renoncement systématique à toute modification de bâtiment ancien ou à proximité de zones patrimoniales protégées reviendrait, à terme, à renoncer à utiliser ces bâtiments. En effet, ils deviendraient trop cher à l’usage, moins confortables et, pour beaucoup, ne pourraient plus être loués du fait de leur classement énergétique, conformément à la loi du 22 août 2021 portant sur la lutte contre le dérèglement climatique et renforcement de la résilience face à ses effets. Protéger le patrimoine immobilier du village est important, mais souhaitons-nous en faire un musée ou trouver un compromis pour le garder vivant ?

La pose de panneaux solaires sur des bâtiments, comme tout changement (fenêtres, antennes, etc.), pose également des questions de dégradation des bâtiments. Leur pose intégrée au plan du toit, que préconisent l’Architecte des bâtiment de France (ABF) et le Plan local d’urbanisme (PLU) actuel d’Orry-la-Ville, présente un risque de dégradation des toitures (problèmes d’étanchéité) et limite la possibilité de les démonter en fin de vie. D’un point de vue patrimonial, il est préférable de les poser en surimposition, ce qui implique un changement du PLU en ce sens.

5. Quels enjeux techniques ?

L’aspect technique doit également faire l’objet d’attention pour :

Ne pas dégrader le bâtiment en posant les panneaux (préserver l’étanchéité du toit, etc.) et garantir la possibilité de les démonter ;

S’assurer d’une bonne exposition à la lumière solaire du panneau : orientation adaptée en façade comme en toiture, éviter le masquage par la végétation ou d’autres bâtiments (les toitures sont souvent les supports les mieux adaptés) ;

S’assurer de la sécurité de l’installation :

• Poids : s’assurer de la capacité de la structure à les supporter ;
• Arrachement : s’assurer de la capacité de leurs fixations à résister au vent ;
• Les panneaux solaires peuvent monter en température en été. Cela peut entrainer des pertes de rendement par surchauffe. En cas de pose intégrée au plan du toit, cela peut aussi engendrer des risques d’incendie en cas de proximité avec des isolants mal protégés. Pour éviter cela en favorisant une bonne aération de la face inférieure des panneaux, la pose de panneaux photovoltaïques intégrés dans le plan du toit devrait être évitée.

6. Est-ce rentable ?

(www.ecologie.gouv.fr)

La rentabilité se calcule au cas par cas en prenant en compte le coût global de l’installation et les économies qu’elle permettra de faire sur les facture d’énergie pendant sa durée de vie. Ce calcul repose donc sur des hypothèses (prix de l’énergie, évolution du climat, etc.) comme tout calcul de rentabilité d’un appareil de production d’énergie.

Les coûts associés à la production de l’électricité solaire diminuent rapidement et de manière continue depuis plus de 20 ans. Aujourd’hui, les prix de rachat de l’électricité pour les projets photovoltaïques au sol sont très proches de ceux du marché de l’électricité. D’ailleurs, le premier grand parc solaire sans soutien tarifaire de l’État est entré cette année en service en Saône-et-Loire, ce qui démontre la maturité économique de cette technologie.

Le photovoltaïque n’est pas réservé au Sud, et c’est aujourd’hui une solution déployée partout en France et en Europe. De nombreux pays moins ensoleillés que la France, comme l’Allemagne, ont déjà largement adopté cette technologie.

L’ensoleillement est différent entre le sud et le nord de la France mais, dans les deux cas, il peut permettre de faire fonctionner efficacement des installations solaires :

• 141 jours d’ensoleillement dans l’Oise en 2022 (selon le site du gouvernement data.gouv.fr qui renvoie sur Hellowatt.fr);

• Des outils permettent d’estimer la rentabilité d’un projet solaires (exemple : hellowatt.fr) 

 7. Quelles sont les autorisations pour installer des panneaux solaires sur un toit ?

Les modalités d’autorisation sont différentes dans les zones protégées.

Dans le 1^er cas, hors site protégé, les règles concernant les permis d’installation de panneaux solaires sont édictées par le Code de l’Urbanisme et sont déclinées à l’échelle locale par le plan local d’urbanisme (PLU) :

• « L’autorité compétente, le Maire, peut y mettre des prescriptions plus précises, qui vont assurer la bonne intégration des installations » ;
• « Le cadre doit néanmoins rester conciliant dans la mesure où il ne peut pas empêcher les installations solaires ».

À Orry-la-Ville, le PLU précise que :

• En zones UA, UB, 1AU et  A, “les panneaux solaires devront être intégrés dans le pan de la toiture. Ils devront être d’aspect mat, de forme, de couleurs identiques à ceux du matériau couvrant la toiture, ou être implantés sur le pan de la toiture opposé à la rue qui dessert la construction”;
• En zone UE, “Les panneaux solaires devront être intégrés dans le pan de la toiture. Ils devront être d’aspect mat.”

Cependant, l’Architecte des bâtiments de France (ABF), dont l’avis peut être requis (Cf. point suivant), préfère des panneaux solaires qui ne soient pas intégrés, pour ne pas détériorer les toits. Cette incohérence devra faire l’objet d’une clarification et, le cas échéant, d’une modification du PLU.

La possibilité d’implanter des panneaux solaires à moins d’1,8 m du sol, parfois prônée par la municipalité et les ABF, n’est pas évoquée dans le PLU. Ce choix présente de nombreux inconvénients techniques et écologiques (ombres des arbres et bâtiment, artificialisation des sols, etc.).

Dans le 2^ème cas, concernant des bâtiments en sites protégés à des fins patrimoniales (monuments historiques, etc.), les conditions d’installations relèvent à la fois du Code l’Urbanisme et du Code du Patrimoine :

• L’avis conforme d’un ABF peut s’imposer avant délivrance d’une autorisation d’urbanisme. Comme le résume une note départementale d’Application du droit des sols (ADS), « L’ABF est amené à émettre deux types d’avis :
  • l’avis simple que l’autorité compétente (le Maire) peut ne pas prendre en compte pour établir sa décision
  • et l’avis conforme qu’elle doit prendre en compte pour établir sa décision »[2].

• Selon la loi du 10 mars 2023 (dite d’accélération des énergies renouvelables), « À défaut de périmètre délimité, seuls les travaux sur les immeubles situés dans le champ de visibilité d’un monument historique à moins de 500 mètres de celui-ci sont soumis à l’accord de l’ABF », précise également le Ministère de la Culture sur son site. Si le projet solaire se trouve hors de cette zone ou s’il n’est pas visible dans le périmètre par défaut, l’avis d’un ABF est simple[3]. Si l’avis obligatoire est conservé pour des projet solaires sur site protégé, plus d’ouverture et de souplesse de la part des ABF ont été demandées par le Ministère.

 8. Une volonté de l’État de lever des freins administratifs à l’installation de capacité de production d’énergies renouvelables, notamment le renforcement de la solarisation des toitures.

La loi du 10 mars 2023, dite d’accélération des énergies renouvelables (EnR), permet de lever des freins administratifs et ouvre plus de foncier aux installations :

• Ex : “l’ouverture par la loi sur le développement du solaire en bâtiment, sur les toitures, avec cette obligation de solarisation des parkings pour une surface supérieure à 1500 m2”
• Ex : “Renforcement de la solarisation des toitures pour des bâtiments, disposition déjà prévue par loi Climat et Résilience” ;

La loi complète l’article L. 632-2 du Code du patrimoine qui prévoit que les architectes des bâtiments de France (ABF) devront intégrer « les objectifs nationaux de développement de l’exploitation des énergies renouvelables et de rénovation énergétique des bâtiments » aux critères qu’ils doivent prendre en compte dans la rédaction de leurs avis (art. 8).

En décembre 2022, la Ministre de la Transition énergétique, Agnès Pannier-Runacher, et la Ministre de la Culture, Rima Abdul-Malak, ont signé une circulaire listant des instructions d’implantations pour les porteurs de projets, afin d’éviter de se trouver dans des situations potentiellement bloquantes :

• Dans la première instruction, on conseille de s’implanter dans des espaces artificialisés et donc d’encourager l’ABF à délivrer des avis favorables pour les toitures des bâtiments post-1948 » ;
• La circulaire vise également à servir de base à un prochain guide de bonnes pratiques, destiné aux porteurs de projets et servant ainsi de « doctrine nationale » pour l’instruction des demandes d’autorisation et le suivi des travaux d’implantation des panneaux photovoltaïques ;
• On cherche également à assurer la performance technique du panneau photovoltaïque : implantation bien exposée, bien aérée (pas de panneaux photovoltaïques intégrés au plan du toit), etc. 

La France a également pris des engagements en termes de production d’énergie photovoltaïque. Cependant, en 2020, seulement 16 % de l’objectif d’accroissement de la production d’énergie photovoltaïque prévu pour la période 2018-2023 étaient atteints (Cf. : statistiques.developpement-durable.gouv.fr).

[1] Sur le réseau de transport d’électricité, le gestionnaire RTE déclare un taux de pertes compris entre 2 % et 3 %. Sur les réseaux de distribution, le gestionnaire ERDF annonce que les pertes s’élèvent au total à près de 6 % de l’énergie acheminée. En incluant l’autoconsommation des postes de transformation et les pertes dites « non techniques » (fraudes, erreurs humaines, etc.), les pertes d’électricité en France entre le lieu de production et de consommation avoisinent 10 % en moyenne (connaissancedesenergies.org).

[2] L’avis conforme des ABF a été d’ailleurs au cœur des débats lors de l’examen parlementaire de la loi d’accélération des EnR. À l’issue des discussions au sein du syndicat, la solution « a été de plutôt lever certains nombres de verrous, faire en sorte qu’on passe d’un avis conforme à un avis simple ».

[3] En 2021, sur le total des 515 400 dossiers instruits par les ABF, 12 800 d’entre eux portaient sur des installations photovoltaïques (soit 2,5 %) et 2300 d’entre eux ont reçu un avis défavorable.