Chauffer une maison privée avec des panneaux solaires : schémas et dispositif

Les raisons de la popularité des sources d'énergie alternatives sont tout à fait compréhensibles : il existe une opportunité d'économiser du carburant et de réaliser les rêves de systèmes de survie respectueux de l'environnement. En utilisant habilement l'énergie du soleil, du vent et de l'eau, vous pouvez transformer une maison de campagne ordinaire en une maison écologique moderne.

Nous vous expliquerons comment installer du chauffage solaire dans une maison privée et analyserons avec vous sa rentabilité. Afin de couvrir en profondeur les problèmes liés à l'utilisation de l'énergie de la lumière du jour, nous avons décrit en détail toutes les options populaires qui ont reçu une application pratique et des avis positifs des utilisateurs.

En tenant compte de nos recommandations, vous pouvez construire un système solaire efficace pour une maison d'été ou une maison de campagne. Pour faciliter la compréhension du matériel difficile, nous avons complété les informations avec des diagrammes visuels, des illustrations et des didacticiels vidéo.

Façons d'utiliser l'énergie solaire

Méthodes d'application énergie du corps céleste n'appartiennent pas à des technologies innovantes ; la chaleur solaire est utilisée depuis longtemps et avec beaucoup de succès. Cependant, cela s'applique principalement à l'Australie, à certains pays d'Europe, d'Amérique et des régions du sud, où l'énergie alternative peut être obtenue tout au long de l'année.

Certaines régions du nord manquent de rayonnement naturel, elles sont donc utilisées comme option supplémentaire ou de secours.

Les intermédiaires entre les rayons du soleil et le mécanisme de production d'énergie sont des panneaux solaires ou des collecteurs, qui diffèrent tant par leur objectif que par leur conception.

Les batteries accumulent l’énergie solaire et permettent de l’utiliser pour alimenter des appareils électroménagers. Ce sont des panneaux avec des photocellules d'un côté et un mécanisme de verrouillage de l'autre. Vous pouvez expérimenter et assembler la batterie vous-même, mais il est plus facile d'acheter des éléments prêts à l'emploi - le choix est assez large.

Les systèmes solaires (capteurs solaires) font partie du système de chauffage d'une maison. De grands boîtiers thermiquement isolés contenant du liquide de refroidissement, comme les batteries, sont montés sur des panneaux surélevés face au soleil ou aux pentes du toit.

C'est une erreur de croire qu'absolument toutes les régions du nord reçoivent beaucoup moins de chaleur naturelle que celles du sud. Supposons qu'il y ait beaucoup plus de jours ensoleillés en Tchoukotka ou dans le centre du Canada qu'en Grande-Bretagne située au sud.

Pour augmenter l'efficacité, les panneaux sont placés sur des mécanismes dynamiques qui ressemblent à un système de suivi : ils tournent en suivant le mouvement du soleil. Le processus de conversion d'énergie se produit dans des tubes situés à l'intérieur des boîtes.

La principale différence entre les systèmes solaires et les panneaux solaires est que les premiers chauffent le liquide de refroidissement et les seconds accumulent de l'électricité. Il est possible de chauffer la pièce à l'aide de photocellules, mais les schémas de conception sont irrationnels et ne conviennent qu'aux zones où il y a au moins 200 jours de soleil par an.

Schéma d'un système de chauffage avec un capteur solaire connecté à une chaudière et une source d'électricité de secours (par exemple une chaudière à gaz) fonctionnant au fioul traditionnel (+)

Avantages et inconvénients d'un système de chauffage alternatif

Il n'y a pas beaucoup d'avantages d'un système de chauffage solaire, mais chacun d'entre eux est important et peut devenir un motif d'expérimentation privée :

• Avantages environnementaux. Il s’agit d’une source de chaleur propre, sans danger pour les résidents de la maison et l’environnement, et qui ne nécessite pas l’utilisation de combustibles traditionnels.
• Autonomie. Les propriétaires d'installations sont absolument indépendants des prix de l'énergie et de la situation économique du pays.
• Économique. En conservant le système de chauffage traditionnel, il devient possible de réduire le coût de l'approvisionnement en eau chaude.
• Disponibilité publique. Pour installer des systèmes solaires, vous n’avez pas besoin de l’autorisation des autorités gouvernementales.

Mais il y a aussi des moments désagréables qui peuvent gâcher le tableau d'ensemble. Par exemple, la détermination de l'efficacité du système nécessitera une longue période - au moins 3 ans (à condition qu'il y ait suffisamment d'énergie solaire et qu'elle soit utilisée activement).

L'installation de modules solaires nécessitera à elle seule de gros investissements : les panneaux en silicium les moins chers coûteront au moins 2 200 roubles. par pièce, et les éléments polycristallins à six diodes de la première catégorie - jusqu'à 17 000 par pièce. Calculer le coût de 30 modules est assez simple (+)

Les utilisateurs notent les inconvénients suivants :

• prix élevés des équipements nécessaires à la mise en service du système ;
• dépendance directe de la quantité de chaleur produite à la situation géographique et aux conditions météorologiques ;
• la présence obligatoire d'une source de secours, par exemple une chaudière à gaz (en pratique, un système solaire est souvent un secours).

Pour obtenir de meilleurs rendements, vous devez surveiller régulièrement le bon fonctionnement des collecteurs, les nettoyer des débris et les protéger de la formation de glace lors des gelées. Si la température descend souvent en dessous de 0ºC, vous devez veiller à une isolation thermique supplémentaire non seulement des éléments du système solaire, mais également de la maison dans son ensemble.

L'énergie solaire pour le chauffage

L’objectif principal des cellules photovoltaïques de stockage d’énergie est de fournir de l’électricité à la maison. Pour les inclure dans le diagramme appareils du système de chauffage et pour obtenir un fonctionnement optimal, il est nécessaire d'assembler le circuit avec un ballon de stockage.

C'est dans celui-ci que sera chauffée l'eau qui, ayant atteint une certaine température, remplira les canalisations et les radiateurs des pièces à chauffer (salon, salle de bain).

Un système alimenté par l'énergie solaire, avec un ballon à double circuit qui organise le chauffage et la fourniture d'eau chaude dans deux directions : vers les radiateurs de chauffage et vers les points de distribution (+)

Essayons d'analyser les caractéristiques de conception des panneaux solaires et de déterminer leur rôle potentiel dans le système de chauffage.

Le principe de fonctionnement des panneaux avec photocellules

Il existe trois types courants d’éléments pour les panneaux solaires :

• Monocristallin. Ce sont de fines tranches de silicium le plus pur, taillées dans un cristal cultivé dans des conditions artificielles. La variété la plus productive avec une efficacité d'environ 17-18%. La température optimale de fonctionnement est de 5 ºС à 25 ºС.

• Polycristallin. Fabriqué à partir de plaquettes obtenues par refroidissement progressif de la masse fondue de silicium. La technologie pour leur production demande moins de main-d'œuvre, mais l'efficacité des éléments photovoltaïques en polycristallin est nettement inférieure - pas plus de 12 %.

• Amorphe. Ce sont des films. Fabriqué par la méthode de la phase d'évaporation, à la suite de laquelle du silicium sous forme d'un film mince est déposé sur une base polymère flexible. La méthode de production la moins chère est combinée à une faible productivité, estimée jusqu'à 7 %.

Pour l'installation de systèmes de chauffage autonomes dans les régions du nord, l'option la plus appropriée est considérée batteries photovoltaïques, assemblés à partir d'éléments monocristallins. Cependant, les batteries à modules amorphes sont plus faciles à installer, ne nécessitent pratiquement pas de base et sont beaucoup moins chères.

Un module monocristallin est constitué d'éléments connectés en série combinés en modules. Plusieurs modules forment une batterie solaire.La surface sombre des systèmes solaires photovoltaïques optimise l'absorption des rayons solaires

La tâche des éléments extérieurs est d'absorber et de transformer les rayons du soleil. L'énergie libérée va plus loin et est concentrée dans le réservoir de stockage. Un petit élément produit environ 100 à 250 W, et un panneau préfabriqué de 25 à 30 m² fournit de l'électricité à une petite maison. L'installation d'un système de chauffage nécessitera 2 à 3 fois plus d'énergie.

Un onduleur agit comme un convertisseur du courant continu de la « production » solaire en électricité, puisque le courant alternatif est nécessaire au fonctionnement des appareils électroménagers et des lampes.

Si l'on parle spécifiquement du système de chauffage, une chaudière électrique pour chauffer l'eau fonctionne également au courant alternatif. Pour éclairer votre maison la nuit, vous aurez besoin de piles qui stockent les fournitures de jour.

Les modules onduleurs sont installés dans un endroit pratique pour la maintenance, bien qu'ils ne nécessitent pas de contrôle constant et fonctionnent en mode automatique (+)

Efficacité de l'utilisation des photocellules

Le plus simple à acheter capteurs solaires et appliquez l'un des schémas simples qui ont fait leurs preuves au fil des années. Cependant, les circonstances dictent parfois leurs propres conditions. Disons que vous disposez d'un système de générateur solaire qui fonctionne très bien, mais pour l'instant, il ne sert qu'à fournir de l'électricité et de l'eau chaude à votre maison.

Il est clair qu'acheter de nouveaux équipements n'est pas rentable, il est donc plus facile d'augmenter la puissance en achetant un certain nombre de convertisseurs photoélectriques. Option économique - panneaux de silicium avec des performances jusqu'à 23-25 ​​%.

Il est nécessaire de connecter un appareil de chauffage fonctionnant à l'électricité à la source de courant.Une option universelle est une chaudière équipée d'un câblage de distribution.

Les éléments en film polymère sont beaucoup moins courants sur le marché russe que leurs analogues en silicium mono- et polycristallin. Ils sont faciles à installer, mais ont un faible rendement - seulement 6 %

Si l'approvisionnement en électricité est correctement organisé, il devrait suffire à la fois à l'approvisionnement en eau chaude et au chauffage. Il existe des exemples où la maison est entièrement chauffée - cela se reconnaît au toit, presque entièrement recouvert de panneaux.

Parfois, il est nécessaire d'ériger des structures autoportantes spéciales si la surface du toit n'est pas suffisante. Il s'avère que pour augmenter la puissance, un espace libre supplémentaire est nécessaire.

Même les calculs les plus minutieux ne vous aideront pas à déterminer la quantité exacte d'énergie potentielle et à créer rapidement un système efficace et fonctionnel. Le fait est que, dans la pratique, des obstacles surviennent dont l’apparition est assez difficile à prévoir.

Voici quelques-uns des facteurs :

• Incohérence des conditions météorologiques. Le nombre exact de jours ensoleillés est inconnu, même dans les régions du sud. Il est presque impossible de prédire de manière fiable leur nombre dans les régions du nord.
• Irrégularité de réception de l'électricité. Par exemple, dans les régions du nord, les heures de clarté sont courtes en hiver, de sorte qu'une grande partie de l'énergie solaire recyclée est dépensée pour l'éclairage. De plus, l’intensité du rayonnement solaire diminue considérablement en hiver.
• Pannes périodiques. Comme tous les systèmes techniques, les panneaux solaires peuvent tomber en panne de temps à autre en raison de dommages causés à des éléments individuels, à des connexions contractuelles, à des surfaces de protection, etc.

Par conséquent, vous ne pourrez connaître l’efficacité qu’après un certain temps, au moins après un an. Il peut être nécessaire d'augmenter le nombre de photocellules ou de batteries, d'envisager une isolation thermique supplémentaire de la maison et de réduire la surface chauffée. Supposons que dans les régions du nord de l’Allemagne, pour économiser de l’argent, les chambres ne soient souvent pas chauffées du tout.

L'entretien des photocellules installées ne nécessite pas de compétences particulières et consiste en un nettoyage régulier : enlèvement de la neige en hiver et des débris pendant les périodes chaudes, lavage de la surface vitrée avec de l'eau d'un tuyau

Schéma d'installation d'une centrale électrique domestique

Le moyen le plus simple installations de générateurs solaires – contacter une entreprise qui vend des composants de système et propose des services d’installation. Avantages - un projet professionnel prenant en compte les caractéristiques individuelles, une garantie pour tous les produits et l'installation, moins - un coût élevé.

Si vous avez une expérience pertinente, vous pouvez assembler indépendamment une mini-centrale électrique avec des panneaux solaires pour chauffer une maison privée.

Le plus efficace est considéré comme un schéma hybride pour la conception d'un système air-solaire, dans lequel des photocellules sont utilisées pour produire de l'énergie, des collecteurs pour chauffer l'eau et une éolienne supplémentaire est installée. Il peut être remplacé par une source de carburant de secours (+)

Toutes les pièces nécessaires au montage du système de chauffage sont vendues dans les magasins spécialisés.

Vous devez acheter les composants suivants :

• un ensemble de modules solaires en silicium ou en film ;
• une batterie rechargeable qui stocke l'énergie ;
• contrôleur de charge qui régule le processus de charge et de décharge de la batterie ;
• un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif ;
• jeu de câbles de connexion.

Il est souhaitable que les batteries soient les mêmes (en tenant compte de la marque, de la capacité et même du lot) et puissent stocker de l'énergie pendant 3 à 4 jours. La durée de leur fonctionnement dépend de la température ambiante - par temps froid, ils se déchargent rapidement. Si la consommation journalière est de 2 400 Wh, des batteries d'une capacité totale d'au moins 1 000 Ah sont nécessaires.

Lorsque vous utilisez des batteries de voiture, n'oubliez pas que leur efficacité maximale est de 70 à 75 % (durée de vie - 3 ans), les appareils spéciaux pour systèmes solaires ont les meilleures performances - jusqu'à 85 % (durée de vie - 10 ans). Une certaine énergie est perdue lors du stockage et de la conversion

La qualité du courant produit par sinusoïdale onduleurs pour systèmes solaires, supérieur aux indicateurs actuels du réseau centralisé. Une particularité de l'équipement est la synchronisation de la phase de tension, dans laquelle le passage de 12 V à 220 V s'effectue sans interruption du fonctionnement des appareils électroménagers.

Puissance de l'onduleur – de 250 W à 6 000 W et plus. Vous pouvez augmenter la puissance de sortie en connectant plusieurs appareils en parallèle. Par exemple, 3 x 3 000 W = 9 000 W (+)

Après avoir installé tous les éléments du système solaire, il est nécessaire de connecter un réservoir électrique qui chauffe l'eau à l'onduleur et au réservoir, à son tour, une canalisation de chauffage.

Système de chauffage par collecteur

L'efficacité et le rendement les plus élevés peuvent être obtenus en installant des capteurs au lieu de modules solaires - des installations externes dans lesquelles l'eau est chauffée sous l'influence du rayonnement solaire. Un tel système est plus logique et naturel, car il ne nécessite pas de chauffage du liquide de refroidissement par d'autres appareils.

Considérons la conception et le principe de fonctionnement de deux principaux types d'appareils : plats et tubulaires.

Version plate pour l'autoproduction

La conception des installations plates est si simple que des artisans expérimentés assemblent de leurs propres mains des analogues artisanaux, achetant certaines pièces dans un magasin spécialisé et en construisant certaines à partir de matériaux de récupération.

À l’intérieur de la boîte isolée en acier ou en aluminium se trouve une plaque qui absorbe la chaleur solaire. Le plus souvent, il est recouvert d'une couche de chrome noir. L'absorbeur de chaleur est protégé sur le dessus par un couvercle transparent scellé.

Le chauffage de l'eau s'effectue dans des tubes posés en serpent et reliés à la plaque. L'eau ou l'antigel pénètre dans la boîte par le tuyau d'entrée, se réchauffe dans les tubes et se déplace vers la sortie - vers le tuyau de sortie.

La transmission lumineuse du couvercle s'explique par l'utilisation d'un matériau transparent - verre trempé durable ou plastique (par exemple, polycarbonate). Pour éviter que les rayons du soleil ne soient réfléchis, la surface en verre ou en plastique est mate (+)

Il existe deux types de raccordement, monotube et bitube, il n'y a pas de différence fondamentale dans le choix. Mais il y a une grande différence dans la manière dont le liquide de refroidissement sera fourni aux collecteurs - par gravité ou à l'aide d'une pompe. La première option est considérée comme inefficace en raison de la faible vitesse de déplacement de l'eau et, selon le principe de chauffage, elle ressemble à un récipient pour une douche d'été.

Le fonctionnement de la deuxième option est dû au raccordement d'une pompe de circulation, qui fournit de force du liquide de refroidissement. La source d'énergie pour faire fonctionner l'équipement de pompage peut être un système d'énergie solaire.

La température du liquide de refroidissement lorsqu'il est chauffé par le capteur solaire atteint 45-60 ºС, à la sortie la valeur maximale est de 35-40 ºС. Pour augmenter l'efficacité du système de chauffage, des « planchers chauds » sont utilisés avec des radiateurs (+)

Collecteurs tubulaires - une solution pour les régions du nord

Le principe général de fonctionnement rappelle le fonctionnement d'analogues plats, mais avec une différence : les tubes d'échange de chaleur avec liquide de refroidissement sont situés à l'intérieur de flacons en verre. Les tubes eux-mêmes peuvent être en plumes, scellés d'un côté et ressemblant à des plumes en apparence, et coaxiaux (sous vide), insérés l'un dans l'autre et scellés des deux côtés.

Les échangeurs de chaleur sont également différents :

• système de conversion de l'énergie solaire en énergie thermique Caloduc;
• un tube de transfert de liquide de refroidissement de type U ordinaire.

Le deuxième type d'échangeur de chaleur est considéré comme plus efficace, mais n'est pas assez populaire en raison du coût des réparations : si un tube tombe en panne, toute la section devra être remplacée.

Le caloduc ne fait pas partie d’un segment entier, il peut donc être changé en 2-3 minutes. Les éléments coaxiaux défectueux peuvent être réparés en retirant simplement la fiche et en remplaçant le canal endommagé.

Un diagramme expliquant le processus de chauffage cyclique à l'intérieur des tubes à vide : le liquide froid, sous l'influence de la chaleur solaire, se réchauffe et s'évapore, laissant la place à la portion suivante de liquide de refroidissement froid (+)

Après avoir analysé les caractéristiques techniques des différents types de capteurs et résumé l'expérience de leur utilisation, nous avons décidé que les capteurs plans sont plus adaptés aux régions du sud et que les collecteurs tubulaires sont plus adaptés aux régions du nord. Les installations dotées du système Heatpipe ont fait leurs preuves particulièrement bien dans les climats rigoureux.Ils ont une capacité de chauffage même par temps nuageux et la nuit, se « nourrissant » d’une quantité minimale de lumière solaire.

Exemple de schéma standard de raccordement des capteurs solaires aux équipements de chaudière : la station de pompage fait circuler l'eau, le contrôleur régule le processus de chauffage

Méthode pour augmenter la productivité

Habituellement, après avoir expérimenté un petit nombre de modules solaires, les propriétaires privés vont plus loin et améliorent le système de diverses manières.

Le moyen le plus simple est d'augmenter le nombre de modules impliqués, d'attirer en conséquence un espace supplémentaire pour les accueillir et d'acheter des équipements associés plus puissants.

Que faire en cas de manque d'espace libre ? Voici quelques recommandations pour augmenter l’efficacité d’une station solaire (avec photocellules ou collecteurs) :

• Changer l'orientation des modules. Éléments mobiles par rapport à la position du soleil. En termes simples, installer la majeure partie des panneaux du côté sud. Pendant les longues heures de clarté, il est également optimal d’utiliser des surfaces orientées à l’est et à l’ouest.

• Réglage de l'angle d'inclinaison. Le fabricant indique généralement quel angle est le plus préférable (par exemple 45º), mais parfois lors de l'installation, il est nécessaire de procéder à des ajustements en tenant compte de la latitude géographique.

• Choix correct du lieu d'installation. Le toit est adapté car il constitue le plus souvent le plan le plus élevé et n'est pas masqué par d'autres objets (par exemple des arbres de jardin). Mais il existe des domaines encore plus appropriés : les dispositifs rotatifs de suivi du soleil.

Lorsque les éléments sont positionnés perpendiculairement aux rayons du soleil, le système fonctionne plus efficacement, mais sur une surface stable (par exemple un toit), cela n'est possible que pendant une courte période. Pour augmenter cela, des dispositifs de suivi pratiques ont été inventés.

Les mécanismes de suivi sont des plates-formes dynamiques qui tournent avec leurs avions suivant le soleil. Grâce à eux, la productivité du générateur augmente d'environ 35 à 40 % en été et de 10 à 12 % en hiver.

Le gros inconvénient des dispositifs de suivi est leur coût élevé. Dans certains cas, cela ne rapporte rien, il ne sert donc à rien d’investir dans des mécanismes inutiles.

On estime que 8 panneaux constituent le nombre minimum pour lequel les coûts seront justifiés au fil du temps. Vous pouvez utiliser 3-4 modules, mais à une condition : s'ils sont directement connectés à la pompe à eau, en contournant les batteries.

L'autre jour, Tesla Motors a annoncé la création d'un nouveau type de toit - avec panneaux solaires. Elon Musk a déclaré que le toit modifié sera moins cher qu'un toit conventionnel sur lequel sont installés des capteurs ou des modules.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Des vidéos thématiques vous aideront à mieux imaginer la conception des stations solaires domestiques et vous dévoileront quelques secrets d'installation des équipements.

Vidéo n°1. Informations techniques disponibles sur les panneaux solaires et les contrôleurs de charge :

Vidéo n°2. Expérience utile de l'utilisation de panneaux solaires dans la région de Moscou :

Vidéo n°3. Un exemple de station solaire fonctionnant avec succès, entièrement assemblée de manière indépendante, assurant à la fois l'alimentation en eau chaude et le chauffage de la maison :

Comme vous pouvez le constater, un système de chauffage solaire est un phénomène bien réel que vous pouvez mettre en œuvre vous-même. Le domaine des méthodes alternatives d'obtention d'énergie est en constante évolution, peut-être que demain vous entendrez parler d'une nouvelle découverte.

Nous vous invitons à commenter activement le matériel. Vous pouvez exprimer votre attitude envers « l'énergie verte », partager votre expérience dans l'installation d'un système de panneaux solaires et vous raconter uniquement les subtilités connues dans le bloc situé en dessous.