Toits solaires qui chauffent aussi

Regardez un panneau solaire par une journée ensoleillée et la plupart de l’énergie qui tombe dessus ne fait rien d’utile. Les cellules transforment 15 à 20 % de la lumière en électricité; 65 à 70 % de celle-ci devient de la chaleur, ce qui réchauffe le panneau et le rend moins efficace (IEA SHC Task 60, 2020). Un collecteur photovoltaïque-thermique (PVT) place un échangeur de chaleur derrière les cellules, transporte cette chaleur dans l’eau ou l’air et l’utilise pour l’eau chaude, le chauffage des locaux ou une pompe à chaleur.

Le résumé honnête: PVT fonctionne, est vendu aujourd’hui et peut fournir deux à trois unités de chaleur pour chaque unité d’électricité du même toit, mais il ne paie que là où il y a une utilisation régulière pour la chaleur à basse température, et ses coûts mesurés sont encore plus élevés que les panneaux séparés et les collecteurs dans la plupart des endroits. Cette page explique pourquoi, avec les chiffres.

1,67 million m²of PVT collectors installed worldwide by the end of 2024, about 316 MW of electrical capacity (IEA SHC, 2025)

554 à 602 GWde panneaux solaires ordinaires installés en 2024 seulement, environ 30.000 fois la nouvelle capacité PVT cette année-là (IEA PVPS, 2025)

100 à 700kWh de chaleur par m² et par an à partir du PVT, en plus de l'électricité, selon la conception et le climat (IEA SHC Task 60)

0,2 % à 0,5 %L'efficacité d'une cellule de silicium est perdue pour chaque degré qu'elle chauffe: le refroidissement des cellules est un bonus, pas le prix principal

Ce qu’il est

Un collecteur PVT est un panneau solaire et un capteur thermique solaire dans un seul cadre. Il existe trois familles principales (IEA SHC Task 60, 2020):

Les collecteurs d’eau non couverts ressemblent à des panneaux ordinaires avec un échangeur de chaleur plat collé au dos. Ils fonctionnent froid, ce qui convient aux cellules, et perdent de la chaleur facilement au vent. Ils représentent 61% de la puissance thermique installée PVT dans le monde et sont le plus souvent utilisés comme source de chaleur pour une pompe à chaleur.
Collecteurs couverts (vitrifiés) Ajouter une deuxième feuille de verre et un espace d’air isolant devant les cellules. Ils atteignent les 50 à 60 °C dont l’eau chaude sanitaire a besoin, mais le verre supplémentaire reflète un peu de lumière et les cellules fonctionnent plus chaudes, donc elles produisent moins d’électricité.
Collecteurs d’air Souffler de l’air derrière les panneaux et l’utiliser pour chauffer ou ventiler un bâtiment. Ils représentent 33% de la capacité installée PVT.

Les modèles à tube concentré et à tube évacué existent mais jouent un rôle mineur (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

Comment ça marche

Le budget léger. Par temps clair, environ 1000 W de lumière du soleil atteignent chaque mètre carré d’un panneau exposé au soleil; 800 W est une heure lumineuse plus typique. Une cellule de silicium convertit la partie du spectre qu’elle peut utiliser en électricité. Le reste est réfléchi, passe à travers ou devient de la chaleur dans la cellule.

La chaleur rend les cellules pires. L’efficacité électrique d’une cellule de silicium cristallin diminue presque linéairement avec sa température: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), où β La variation de température est d’environ 0,4 % par kelvin (la plage mesurée est de 0,2 à 0,5 %). En termes simples: un panneau étiqueté 20% efficace à 25 °C fournit environ 18,4% lorsque ses cellules sont à 45 °C, ce qui est normal par une journée ensoleillée (Skoplaki et Palyvos, 2009).

Collecte de la chaleur. La chaleur délivrée par un collecteur suit l’équation dans la norme d’essai EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Ici η_0 est la part de lumière du soleil qui devient chaleur utile lorsque le fluide est à température ambiante (environ 61% est typique pour PVT), T_m est la température moyenne du fluide, T_a la température de l’air, G la lumière du soleil en W par m², et a_1, a_2 décrivent la vitesse à laquelle la chaleur s’évapore. En termes simples: plus vous voulez l’eau chaude, moins vous collectez de chaleur, et un collecteur non couvert, sans couvercle en verre pour empêcher le vent, perd de la chaleur beaucoup plus rapidement qu’un couvert.

Le compromis. L’eau froide aide à deux égards : les cellules fonctionnent plus froides et produisent un peu plus d’électricité, et le collecteur recueille davantage de chaleur. L’eau chaude fait mal deux fois. C’est pourquoi le PVT et les pompes à chaleur sont des partenaires naturels : une pompe à chaleur veut une source entre 5 et 20 °C, exactement là où un collecteur PVT non couvert est le plus efficace. Lorsque le fluide est plus froid que l’air, un capteur découvert extrait même la chaleur de l’air, jour et nuit, ce qui lui permet de remplacer l’unité extérieure d’une pompe à chaleur air-eau ou de recharger le sol autour. Pompe à chaleur géothermique Forages. L’explicateur ci-dessus vous permet d’essayer cela.

Le ratio. Parce que plus de la lumière devient chaleur que l’électricité, “deux ou plusieurs unités d’énergie thermique sont générées pour chaque unité d’énergie électrique, selon le rendement des cellules et la conception du système” (Tâche 60 de l’AIE SHC, 2020).

Les limites

Théorique. La lumière du soleil fournit au maximum environ 1 kW par mètre carré à midi et, en moyenne sur une année, de 100 à 300 W par m² selon la latitude et les conditions météorologiques. Aucun capteur ne peut fournir plus d’énergie que ce qui tombe dessus (sauf la chaleur de source aérienne qu’un collecteur non couvert absorbe lorsqu’il est plus froid que l’air, ce qui est la physique de la pompe à chaleur, pas la lumière du soleil supplémentaire). L’électricité est plafonnée par la cellule: environ un cinquième de la lumière pour le silicium commercial. La chaleur est limitée par la température dont vous avez besoin : à 60 °C, un collecteur perd déjà une grande partie de ce qu’il recueille.

Pratique.

La chaleur doit avoir une utilisation à proximité. La chaleur à basse température ne peut pas être vendue dans un réseau comme l’électricité. Par un après-midi ensoleillé de juillet, une maison avec un réservoir d’eau chaude plein n’a nulle part où mettre plus de chaleur, donc le collecteur cesse de collecter (“stagnation”) et chauffe comme un panneau ordinaire. Le dimensionnement du côté de la chaleur à la demande réelle importe plus que tout détail de collecteur.
Limites de température. La plupart des panneaux sont certifiés pour des températures de cellule jusqu’à environ 85 °C. Un collecteur couvert laissé stagner en été peut s’approcher de cela, ce qui vieillit les joints d’encapsulant et de soudure.
Deux métiers sur un même toit. PVT a besoin d’un électricien et d’un plombier, de deux ensembles de normes (CEI 61215 et 61730 pour le côté électrique, EN ISO 9806 pour le côté thermique) et, jusqu’à récemment, aucune norme de test unique propre. Les experts de l’AIE citent le coût, les tests et les compétences des installateurs, pas la physique, comme les obstacles (IEA SHC Task 60 position paper).
Concurrence des panneaux bon marché. Les panneaux ordinaires sont devenus si bon marché qu’un toit peut souvent contenir des panneaux photovoltaïques séparés et un petit capteur solaire thermique, ou des panneaux photovoltaïques plus une pompe à chaleur air-air, pour moins cher qu’un système PVT.

Projets réels, mesurés

Projet	Ce qu’il est	Ce qui a été mesuré ou déclaré	Source
26 systèmes d’exemple dans la tâche 60 de l’AIE sur les SHC (Europe et au-delà, 2020)	Eau chaude sanitaire, pompe à chaleur et systèmes industriels, surveillés pendant environ un an	PVT couvert pour l’eau chaude: jusqu’à environ 700 kWh de chaleur par m² et par an; découvert: environ 400. Rapport de performance électrique 0,66 pour les collecteurs couverts et 0,75 pour les collecteurs découverts (PV ordinaire: 0,7 à 0,85).Les systèmes de pompes à chaleur utilisant uniquement du PVT découvert ont atteint en Suisse un facteur de performance saisonnier d’environ 3	Schubert et Zenhäusern, 2020
Nouvel hôtel de ville, Fribourg, Allemagne (2017)	Collecteurs PVT pour l’eau chaude sur un immeuble de bureaux net-plus-énergie	Conçu pour fournir 22 MWh de chaleur par an contre une demande d’eau chaude de 145 MWh, la demande mesurée n’était que de 24 MWh par an, ce qui fait que le champ collecteur était beaucoup trop grand, fonctionnait plus chaud et fournissait moins de chaleur par m². Fraction solaire 29,6 %; production électrique comme prévu	Tâche 60 de l ’ AIE, Systèmes existants de VTP
Carrosserie Pfister, Herisau, Suisse	PVT découvert sur un bâtiment industriel	106 kWp puissance électrique et 324 kW puissance thermique (puissance nominale, non mesurée)	IEA SHC, Chaleur solaire dans le monde 2025
Nouveau stade de sport, Autriche	1.130 m² de PVT avec 80 sondes au sol et une pompe à chaleur de 540 kW	Conçu pour répondre à une demande de chaleur de 1,4 GWh par an sans combustible fossile (figure de conception)	IEA SHC, Chaleur solaire dans le monde 2025
Marché mondial, 2024	46 fabricants déclarant	37.5 MW thermal and 18.6 MW electrical installed in 2024; France (629,136 m²), Germany and the Netherlands lead	IEA SHC, Chaleur solaire dans le monde 2025

Le cas de Fribourg est la leçon la plus utile sur cette page: les collecteurs ont fonctionné, mais pas la prédiction de la quantité d’eau chaude que le bâtiment utiliserait. Les données publiées et mesurées de façon indépendante pour les systèmes PVT sont encore rares; la plupart des chiffres proviennent de projets pilotes.

Ce que ça coûte

Option	Coût par kWh	Année et source
PVT, systèmes bien dimensionnés dans l’échantillon de la tâche 60	Électricité environ 0,20 €; chauffage inférieur à 0,10 €	2020, Schubert et Zenhäusern
PVT, moyenne de l’échantillon de la tâche 60	Électricité 0,10 € à 0,15 €; chauffage 0,25 € (couvert) à 0,45 € (découvrable)	2020, même source (selon la répartition des coûts entre chaleur et électricité)
PVT, modeled	Électricité 0,20 €; chauffage 0,22 €	Lämmle (2019), cité dans le même rapport
Benchmark: panneaux solaires sur le toit du même bâtiment	environ 0,19 dollar central	Découvrez notre Fan Wall model
Toits solaires commerciaux et communautaires, États-Unis	$0.09 to $0.20	Juin 2026, Lazard LCOE+ version 19
Eau chaude solaire thermique, Europe	0,03 € (sud) à 0,19 € (centre et nord) par kWh de chaleur	2015, ESTIF, cité par Schubert et Zenhäusern
Chaleur produite par une chaudière à gaz, ménages de l’UE	environ 0,14 € par kWh de chaleur (combustible uniquement: gaz à 0,1228 € par kWh, chaudière efficace à 90%)	deuxième semestre de 2025, Eurostat

Ce que le tableau dit: les meilleurs systèmes PVT produisent déjà de la chaleur pour moins que les coûts de combustible d’une chaudière à gaz en Europe et l’électricité à environ le prix des panneaux de toit, mais le système pilote moyen ne le fait pas. L’écart est énorme parce que la valeur de la chaleur dépend entièrement de son utilisation. Les experts de l’AIE se sont fixé pour objectif de réduire les coûts des capteurs PVT d’un facteur 1,5 à 2 grâce au volume et à la technologie (Task 60 position paper).

Où il peut gagner, et où il ne peut pas

Il peut gagner:

Bâtiments avec une demande de chaleur toute l’année et un petit toit: immeubles d’appartements, hôtels, hôpitaux, piscines, blanchisseries, salles de sport. Chaque mètre carré fait deux tâches.
Comme source de chaleur pour une pompe à chaleur. Le PVT non couvert peut remplacer une unité extérieure bruyante ou recharger un champ de forage afin qu’il ne se refroidisse pas au fil des ans, ce qui est d’où provient la croissance la plus récente.
Des endroits chauds et ensoleillés avec une demande d’eau chaude, où les capteurs couverts peuvent répondre à la plupart de celle-ci; un système Task 60 a atteint une part solaire de 70%.
Chauffage industriel basse température (lavage, séchage, préchauffage), où il y a une utilisation tous les jours de l’année.

Il ne peut pas gagner:

Où la chaleur n’a pas d’utilisateur. Une maison de vacances, un bureau avec peu d’eau chaude ou une maison déjà chauffée par une pompe à chaleur avec sa propre unité extérieure peuvent être mieux desservis par des panneaux ordinaires.
À des températures élevées. La vapeur et la chaleur de processus au-dessus d’environ 80 °C sont au-delà de ce que les cellules photovoltaïques peuvent tolérer; Stockage thermique Il s’adapte mieux.
Sur le prix seul contre les panneaux bon marché, jusqu’à ce que l’installation devienne aussi routinière que le PV ordinaire.

Ce qui est prouvé, plausible et spéculatif

Éprouvé: la pénalité de température des cellules en silicium; la physique du collecteur selon EN ISO 9806; que les capteurs PVT fournissent à la fois de l’électricité et de la chaleur dans des bâtiments réels, avec des rendements mesurés d’environ 400 à 700 kWh de chaleur par m² et par an; que le PVT non couvert peut servir de source unique pour une pompe à chaleur avec un facteur de performance saisonnier proche de 3 en Suisse; qu’un surdimensionnement du côté de la chaleur réduit le rendement.

Plausible: que la production en série et les kits standard pourraient réduire les coûts d’un facteur de 1,5 à 2; que les pompes à chaleur PVT plus peuvent décarboner des immeubles urbains denses où il n’y a pas de place pour des unités extérieures ou des forages; qu’un meilleur contact thermique entre les cellules et l’absorbeur augmente les deux rendements.

Spéculatif: Refroidissement radiatif nocturne à l’aide de PVT à une échelle utile (démonstration dans la recherche, rarement dans les bâtiments); durabilité à long terme du lien entre la cellule et l’absorbeur sur 25 ans de cycle thermique; façades en PVT intégrées au bâtiment à un prix compétitif.

Questions de recherche ouvertes

Comment les liaisons entre cellules et absorbeurs et les encapsulants vieillissent-ils sous l’effet du cycle thermique quotidien et de la stagnation estivale? Les données de terrain sur vingt-cinq ans n’existent pas encore.
Quelle est la bonne répartition entre PVT, PV ordinaire et longueur de forage dans un système de pompe à chaleur, et combien la régénération PVT prolonge-t-elle vraiment la durée de vie du forage?
Une norme d’essai et une certification combinées peuvent-elles réduire le coût et le temps de mise sur le marché d’un produit PVT ?
Comment les installateurs doivent-ils dimensionner le côté chauffage lorsque la demande réelle d’eau chaude est si incertaine, comme l’a montré Fribourg ?
Les échangeurs de chaleur en polymère à faible coût peuvent-ils égaler ceux en métal pour le transfert de chaleur et la durée de vie?

Ce dont un prototype fonctionnel aurait besoin

Pour un inventeur avec une nouvelle conception de PVT, la preuve qui compte est un capteur mesuré au soleil, avec des capteurs étalonnés, assez longtemps pour voir les bons et les mauvais jours.

Phase	Travail	Ce qu’il prouve	Coût brut	Temps
0. Étude documentaire	Modèle de transfert thermique du modèle, comparaison avec les données publiées sur le collecteur, estimation des coûts	L’idée bat les PVT existants sur papier	$5k to $15k	1 à 2 mois
1. Essai de banc et extérieur d’un collecteur	Mesure de la puissance électrique (courbes I-V) et du rendement thermique à différentes températures de fluide, selon les méthodes EN ISO 9806 et CEI 60891, dans un laboratoire accrédité ou une installation universitaire soigneuse	Réel `η_0`, `a_1` et la pénalité de température électrique	$15k to $40k	3 à 4 mois
2. Petit système pilote	10 à 20 m² alimentant un véritable réservoir d’eau chaude ou une pompe à chaleur, avec compteurs de chaleur, compteurs d’électricité et station météo, un an	Rendement saisonnier, comportement de stagnation, fiabilité	$40k to $100k	12 mois
3. Certification	CEI 61215 et 61730 (sécurité électrique et durabilité), Solar Keymark (thermique), approbations de construction	Un produit qui peut être vendu et assuré	$60k to $150k	9 à 12 mois

Les phases 0 à 2 coûtent environ $60,000 to $155,000. Ce sont nos estimations des coûts typiques de laboratoire et de surveillance, pas des devis.

De qui nous avons besoin

Ingénieur solaire thermique Avec l’expérience d’essai d’EN ISO 9806.
Ingénieur module PV Qui comprend les encapsulants, le cyclage thermique et la CEI 61215.
Ingénieur en services aux bâtiments (CVC) Pour dimensionner le côté chaleur et intégrer les pompes à chaleur et le stockage.
Spécialiste de la surveillance pour concevoir des compteurs calibrés de chaleur et d’électricité.
Partenaire de fabrication capable de laminer et coller des échangeurs thermiques en volume.
Installateurs et plombiers disposés à tester une installation combinée et à rapporter le temps de travail réel.

Vous avez une meilleure idée ?

Peut-être avez-vous un meilleur absorbeur, une façon moins chère de le lier ou une manière plus intelligente d’utiliser la chaleur. Certains membres de la Fondation Local Solar System peuvent avoir des contacts qui pourraient entendre un pitch pour une idée énergétique forte. Pour être présentée, une idée doit avoir un modèle fonctionnel et réel qui produit réellement de l’énergie et de la chaleur, mesurée sur un instrument, pas revendiquée. Les idées papier sont les bienvenues aussi : si la physique et les chiffres sont solides, nous pouvons les publier ici sur le site. Il est très difficile de lever des capitaux sans un modèle fonctionnel, et nous ne pouvons pas promettre de financement, de rendements ou d’introductions.

Pour PVT, la mesure la moins chère qui compte comme modèle de travail est un collecteur à l’extérieur à côté d’un panneau ordinaire identique, avec les températures de l’eau d’entrée et de sortie, le débit et la puissance électrique des deux panneaux enregistrés pendant quelques semaines ensoleillées. Cela montre la chaleur gagnée et l’électricité gagnée ou perdue. Envoyez-la via le formulaire de contribution, et voyez comment PVT se compare aux autres idées sur le radar d’idées.

Sources

Lammle, M. et al. (2020). Concepts de base des technologies de collecteur PVT, domaines d’application et marché. IEA SHC Task 60, Report D5.
Skoplaki, E. et Palyvos, J.A. (2009). Sur la dépendance de la température des performances électriques des modules photovoltaïques: une revue des corrélations rendement/puissance. Solar Energy 83(5), 614-624.
AEE INTEC et IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, édition 2025, chapitre 5.4, Systèmes photovoltaïques-thermiques.
IEA PVPS (2025). Instantané des marchés mondiaux du PV 2025.
IEA SHC Task 60 (2020). Document de position sur la technologie PVT.
Schubert, M. et Zenhäusern, D. (2020). Évaluation des performances d’exemple de systèmes PVT. IEA SHC Task 60, Report D2.
IEA SHC Task 60 (2020). Systèmes et solutions PVT existants, y compris la fiche d’information de la nouvelle mairie de Fribourg (d’après Réhault et al., 2019).
ISO (2017). ISO 9806:2017, Énergie solaire: capteurs solaires thermiques, méthodes d’essai.
Chow, T.T. (2010). Une revue sur la technologie solaire hybride photovoltaïque/thermique. Applied Energy 87(2), 365-379.
Herrando, M., Markides, C.N. et Hellgardt, K. (2014). Une évaluation britannique des systèmes photovoltaïques et solaires thermiques hybrides pour le chauffage domestique et l’électricité: performance du système. Applied Energy 122, 288-309.
Lazard (juin 2026). Coût de l’énergie nivelé+, version 19: énergie solaire communautaire et C&I $88 to $197 par MWh.
Eurostat (2026). Statistiques des prix du gaz naturel: moyenne européenne des ménages 0,1228 € par kWh, deuxième semestre 2025.
Local Solar System Fondation (2026). Le Fan Wall: modèle ouvert, référence solaire sur toit.