Les panneaux semi-conducteurs qui convertissent l'énergie du soleil en électricité sont généralement installés dans un seul but: assurer le fonctionnement des appareils électroménagers. Ces passionnés ne s'arrêtent pas là et tentent d'adapter les panneaux solaires pour chauffer la maison. Nous suggérons de discuter de cette idée, d'envisager des méthodes possibles de chauffage à l'aide de panneaux photovoltaïques. La rentabilité des centrales électriques alternatives et d'autres questions financières n'a pas de sens, c'est une question distincte.
Comment fonctionne une centrale solaire
Nous n'allons pas prendre votre temps et parler de la façon dont les modules semi-conducteurs génèrent du courant. Mais si vous souhaitez organiser le chauffage solaire d'une maison privée, vous devez imaginer le principe de la centrale photovoltaïque et connaître toutes les nuances qui affectent sa puissance.
La centrale solaire (SES) comprend les éléments suivants (illustrés dans le schéma ci-dessous):
- un ou plusieurs panneaux qui reçoivent le rayonnement du soleil;
- batteries rechargeables (batteries) qui accumulent l'électricité produite;
- le contrôleur surveille le niveau de charge, dirige le courant vers le circuit souhaité;
- l'onduleur convertit la tension constante des panneaux solaires en courant alternatif 220 V.
Un point intéressant. Le prix des modules ne dépasse pas 30% du coût d'un ensemble complet d'équipements. Les 70% restants sont des batteries, un onduleur et un contrôleur. Les accessoires sont sélectionnés pour une tension de fonctionnement de 12, 24 ou 48 volts.
Nous simplifions l'algorithme du système:
- Pendant les heures de clarté, les batteries génèrent du courant via le contrôleur.
- L'unité électronique estime le niveau de charge de la batterie, puis dirige l'énergie vers la ligne souhaitée - pour la charge ou vers les consommateurs (vers l'onduleur).
- L'unité onduleur convertit le courant continu en courant alternatif avec des paramètres standard - 220 V / 50 Hz.
Il existe 2 types de contrôleurs - PWM et MPPT. La différence entre les deux réside dans la méthode de charge des éléments de puissance et l'ampleur des pertes de tension. Les blocs MPPT sont plus modernes et économiques. Différentes batteries sont utilisées: plomb-acide, gel, etc.
Si vous prévoyez d'utiliser plusieurs modules, ils sont interconnectés de 3 manières:
- Un schéma de connexion parallèle vous permet d'augmenter le courant dans le circuit. Les contacts "négatifs" de toutes les batteries sont connectés à une ligne, les contacts "plus" à l'autre. La tension de sortie reste inchangée.
- L'utilisation d'un circuit série permet d'augmenter la tension de sortie. La borne «moins» du premier panneau se connecte au «plus» du second et ainsi de suite.
- La méthode combinée est utilisée lorsque vous devez modifier les deux paramètres - l'intensité du courant et la tension. Plusieurs modules sont connectés en série, puis un groupe est connecté à un réseau commun en parallèle avec d'autres groupes similaires.
De combien de panneaux solaires avez-vous besoin pour chauffer une maison
Il semblerait que tout soit simple. Environ 10 kW = 10 000 watts d'énergie thermique seront utilisés pour chauffer un petit chalet de 100 m². Il s'agit de 100 panneaux de 0,1 kW ou 34 grands modules de 300 watts. On ne peut pas mettre autant de piles sur le toit de la maison, mais on ne parle pas de l'appartement.
Référence. La taille d'une cellule photovoltaïque d'une puissance de 100 W, fabriquée par technologie polycristalline, est d'environ 1020 x 700 mm ou 0,71 m². Une batterie similaire de 300 W occupera 1,68 m² (170 x 99 cm).
Nous ferons une réservation tout de suite, le résultat obtenu est incorrect, car il ne prend pas en compte les spécificités du fonctionnement des systèmes solaires:
- Le module photovoltaïque fournit une puissance maximale lorsque les rayons tombent à un angle de 90 ° par rapport au plan de la batterie.Si vous ne faites pas de tracker - un mécanisme de tracking qui fait tourner le panneau après le mouvement du soleil, nous perdons environ 40% d'énergie. D'un autre côté, un tel appareil consomme également de l'électricité.
- La quantité de rayonnement solaire pour 1 m² - insolation - dépend de la région de résidence, de l'altitude et de la zone ombragée. Ces facteurs affectent directement les performances de la batterie.
- Au fil du temps, le revêtement semi-conducteur des modules se dégrade, de sorte qu'environ 1% de la puissance électrique est perdue chaque année.
- Si la couche photoélectrique est surchauffée par le soleil, les performances du panneau diminuent également.
- Une petite fraction de l'énergie est perdue dans les équipements associés - onduleurs, contrôleurs, batteries. Il s'agit d'un échauffement banal des pièces - transformateurs, microcircuits et autres éléments.
- Lorsque la surface de travail est contaminée par de la poussière ou recouverte de neige, des pertes supplémentaires se produisent.
- Notez que pour que le soleil chauffe en hiver, l'électricité générée devrait être suffisante pour chauffer la maison et charger les batteries pendant la nuit.
Conclusion. Il n'existe pas de calcul universel de la puissance électrique des batteries adaptées à tous les pays et régions. Mais le chiffre annoncé au-dessus de 10 kW doit être doublé (au moins) afin d'obtenir un résultat décent dans la pratique. Vous aurez besoin de panneaux de 200 watts couvrant une superficie de plus de 140 m².
Il existe un moyen fiable d'obtenir des données d'insolation précises et de calculer les performances des panneaux solaires en contactant votre entreprise d'installation locale. Ou étudiez vous-même la carte d'insolation de la zone.
Nous vous suggérons d'aller dans l'autre sens - pour utiliser l'expérience des propriétaires de centrales solaires autonomes, lisez leurs avis sur les forums thématiques. Trouvez des utilisateurs vivant dans votre région si vous souhaitez obtenir gratuitement de vrais chiffres. Voici quelques exemples:
- Système autonome d'alimentation solaire, situé dans la région de Leningrad, en Russie. 6 panneaux de 0,22 kW chacun (un total de 1,32 kW) ont été installés, la puissance de pointe par une journée sans nuages en hiver est de 1 157 watts. Le sujet est abordé lors du célèbre forum en langue russe.
- Anapa, performances de la batterie - 2,2 kW, le nombre n'est pas indiqué. Pendant les heures de clarté, la centrale génère environ 9 kW.
- Moscou, puissance SES 2,64 kW. Sur l'ensemble du mois de juin, l'installation a généré 304 kW d'énergie.
Remarque. Vous trouverez des critiques et autres données utiles sur le fonctionnement du SES à cette adresse.
Attention: nous n'avons pris en compte que l'énergie solaire pour le chauffage, le chauffage de l'eau et les autres besoins des ménages n'ont pas été pris en compte. Comment calculer le nombre de batteries en pratique, voir la vidéo:
Méthodes de chauffage réelles
Comme vous le comprenez, il est assez difficile (et coûteux) de réaliser le chauffage électrique complet d'une maison avec des panneaux solaires. Tous les propriétaires ne décideront pas d'acheter et d'installer des panneaux sur une superficie de 100 à 150 m² afin de réchauffer une petite maison ou un chalet. Ainsi, le schéma de la chaudière électrique + système d'eau + radiateurs de chauffage disparaît.
Mais l'idée de chauffer avec des modules solaires ne peut toujours pas s'appeler utopie. Nous listons les options mises en œuvre par les propriétaires dans la pratique:
- panneaux et climatiseurs à onduleur avec coefficient d'efficacité COP 3,5–4;
- connexion directe des batteries aux radiateurs électriques sans onduleur;
- la construction d'une centrale solaire à part entière, la vente d'électricité à l'État, les recettes vont au paiement du chauffage traditionnel.
Une addition. L'utilisation de panneaux comme source d'énergie supplémentaire pour le chauffage de base n'a pas de sens à discuter - c'est une solution évidente.
Commençons par la troisième option, qui est intéressante pour les entrepreneurs. Dans les pays où l'État a instauré ce qu'on appelle le tarif vert, le propriétaire peut recevoir de l'électricité provenant de sources renouvelables et la donner au réseau énergétique commun, ce qui lui permet de réaliser des bénéfices.Autrement dit, le propriétaire acquiert les mêmes panneaux solaires 200-300, mais vend de l'énergie à un bon prix et ne gaspille pas beaucoup en vain.
Par exemple, en Ukraine, le tarif vert dépasse les 3 fois habituels (en juin 2019). Il est nécessaire de résister à 1 condition: la capacité minimale de SES est de 30 kW. Construisez une centrale électrique, alimentez le réseau en énergie et achetez trois fois moins cher.
Les 2 options restantes seront examinées plus en détail.
Climatisation
La méthode est basée sur l'efficacité des systèmes split inverter qui fournissent quatre fois plus de chaleur à l'intérieur de la maison que l'énergie consommée. Comment réaliser un tel chauffage:
- Tout d'abord, nous maximisons les pertes de chaleur du bâtiment - nous isolons les murs, les sols et le toit, installons des fenêtres à économie d'énergie. La consommation de chaleur idéale pour une maison de 100 m² - 6 kW.
- Nous achetons 2 climatiseurs avec compresseurs à inverseur fonctionnant à température de rue négative. La performance totale des unités doit être égale à la perte de chaleur de la maison, dans notre cas - 6 kW. La consommation de ces «splits» ne dépassera pas 2 kW.
- Nous installons une station solaire capable de fournir la climatisation 24h / 24.
- Pour le chauffage dans les jours les plus froids, il vaut la peine d'installer n'importe quelle source de chaleur traditionnelle - une chaudière, un poêle à bois.
La vidéo à la fin de cette section confirme que le circuit décrit est pleinement opérationnel. Un inconvénient majeur: à une température négative, l'efficacité des climatiseurs diminue fortement, vous ne pouvez pas vous passer de l'aide d'une chaudière. Dans les climats tempérés et nordiques, les modules solaires seuls ne peuvent pas faire face.
Remarque. La plupart des systèmes split à onduleur peuvent fonctionner par gel jusqu'à -15 ° C. L'efficacité du COP est réduite à 1,5–2 (deux fois plus de chaleur est générée que l'électricité est consommée).
Utilisation de radiateurs locaux
Nous parlons d'une réduction significative du coût du système dans le cas de l'utilisation de consommateurs sans prétention - des radiateurs soufflants ordinaires. En raison de l'absence d'un onduleur, des radiateurs de 12 volts devront être connectés aux modules solaires (vous pouvez prendre une voiture ou le faire vous-même).
Comment assembler un générateur d'énergie solaire:
- Nous installons le nombre requis de batteries avec une tension de fonctionnement de 12 volts.
- Nous les connectons avec des fils de 2,5 mm² selon le schéma ci-dessous - sans onduleur.
- Nous connectons la charge - un radiateur soufflant de faible puissance de 12 V.
Ci-dessous dans la vidéo, le spécialiste décrit en détail toutes les nuances de cette connexion. La méthode convient au chauffage de pièces individuelles avec des radiateurs soufflants de 1 à 1,5 kW. Il est plus difficile de chauffer toute la maison - vous devez assembler plusieurs circuits séparés avec des panneaux solaires afin de ne pas augmenter la section des fils.
Conclusion finale
Faire le chauffage complet d'une maison privée avec des panneaux solaires est très difficile. Le seul scénario plus ou moins réaliste est l'utilisation de systèmes fractionnés, ou mieux, d'une pompe à chaleur géothermique, peu dépendante de la température de la rue. L'installation consomme peu d'électricité, elle peut donc fonctionner à partir d'un SES domestique.
Nous avons spécifiquement exclu les problèmes financiers de l'article, car nous parlions de problèmes techniques. Mais vous devez comprendre que l'équipement de l'énergie solaire - batteries, batteries, onduleurs et unités de contrôle - coûte beaucoup d'argent. Pour résoudre le problème avec succès, vous devez être un passionné bien mérité.
Un circuit avec des collecteurs à vide connectés à un chauffe-eau indirect sera moins cher. Mais cette option a ses propres difficultés, par exemple, l'accumulation de chaleur et la stagnation du collecteur pendant la chaleur. Il n'y a pas de solution facile à la tâche difficile d'exploiter l'énergie solaire.