Un capteur combiné est un système, un module ou un composant solaire qui produit de l'énergie thermique utile en plus de l'électricité. Les capteurs photovoltaïques thermiques, également appelés capteurs PV/T, capteurs solaires hybrides, capteurs solaires photovoltaïques thermiques ou systèmes de cogénération solaire, sont des technologies de production d'énergie qui transforment le rayonnement solaire en énergie thermique et électrique utile.
On les désigne souvent par l'abréviation de capteurs PVT. Ces capteurs associent des cellules solaires photovoltaïques, qui convertissent la lumière du soleil en électricité et sont généralement assemblées en panneaux solaires, à un capteur solaire thermique, qui récupère la chaleur résiduelle du module PV et la transfère vers un fluide caloporteur . Ces technologies permettent d'obtenir un rendement global supérieur à celui des systèmes photovoltaïques (PV) ou thermiques ( T) pris individuellement, car elles combinent la production d'électricité et de chaleur au sein d'un même composant.
Depuis les années 1970, des recherches approfondies ont été menées pour développer une large gamme de technologies PVT. Les différentes méthodes de capteurs PVT permettent de traiter une variété d'applications, allant de la chaleur à basse température inférieure à la température ambiante à la chaleur à haute température supérieure à 100 °C. Elles diffèrent considérablement par la conception de leurs capteurs et le fluide caloporteur.
Qu'est-ce que le spectre solaire et comment est-il utilisé dans les capteurs PVT ?
Les capteurs PVT, qui intègrent la production de chaleur solaire et d'électricité en une seule unité, sont globalement plus efficaces et exploitent mieux le spectre solaire que les modules photovoltaïques traditionnels. Alors que la majeure partie du spectre solaire (65 à 70 %) est convertie en chaleur, ce qui augmente la température des modules photovoltaïques, ces derniers atteignent généralement un rendement électrique compris entre 15 et 20 %.
À l'inverse, les capteurs PVT sont conçus pour refroidir les cellules photovoltaïques et accroître leur rendement en transférant la chaleur des cellules à un fluide. Cette méthode transforme la chaleur supplémentaire en énergie utile, par exemple pour chauffer l'eau ou servir de source de basse température pour les pompes à chaleur. Les capteurs combinés PVT exploitent ainsi plus efficacement le spectre solaire.
La plupart des cellules solaires (notamment celles à base de silicium) voient leur rendement diminuer lorsque leur température augmente. Ce rendement baisse de 0.2 à 0.5 point de pourcentage par kelvin d'augmentation de température. Par conséquent, refroidir les cellules photovoltaïques permet de réduire leur température et d'améliorer leur efficacité. Un autre avantage des températures de fonctionnement plus basses est l'allongement de la durée de vie des cellules photovoltaïques.
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C’est un bon moyen d’augmenter l’efficacité et la fiabilité globale du système, mais le composant thermique fonctionne moins bien qu’avec un capteur solaire thermique pur.
En d'autres termes, les températures maximales de fonctionnement de la majorité des systèmes PVT sont limitées à des valeurs inférieures à la température maximale de la cellule (généralement inférieures à 100 °C). Néanmoins, selon le rendement de la cellule et la conception du système, deux unités ou plus d'énergie thermique sont produites pour chaque unité d'énergie électrique.
