Contrairement au système de chauffage puissant et coûteux dont sont équipées les maisons normales, une maison économe en énergie ne brûle pas de combustible et ne convertit pas l'électricité du réseau en chaleur (sauf en cas de chute critique de température). Une telle maison retient avec ténacité à l'intérieur, grâce à une isolation thermique soignée, une ventilation avec récupération et un emplacement optimal du bâtiment, la chaleur dite passive. Et tout peut être utilisé comme source de cette énergie passive :
- la lumière directe du soleil entrant par les fenêtres ;
- la chaleur générée par les appareils électroménagers, et même par les résidents et les animaux domestiques ;
- et, bien sûr, des appareils dont la fonction principale est de fournir de l'énergie solaire à la maison : les panneaux solaires (batteries), dont nous parlerons plus tard.
Les panneaux solaires s’intègrent harmonieusement dans une maison passive, puisqu’ils respectent pleinement le principe fondamental de sa construction : utiliser les énergies renouvelables de l’environnement.
Le principe de fonctionnement des panneaux solaires et leur interaction avec d'autres systèmes domestiques.
- Le fonctionnement des panneaux solaires repose sur la conversion du rayonnement thermique qui frappe les tranches de silicium en électricité ;
- Les panneaux solaires permettent d'utiliser l'énergie solaire pour faire fonctionner des appareils électroménagers, des systèmes de ventilation et (partiellement) du chauffage ;
- Si la capacité des panneaux solaires est supérieure aux besoins des ménages, l’énergie excédentaire peut alors être utilisée dans des systèmes de stockage et de conversion de l’électricité.
- Si la demande en électricité dépasse la capacité des panneaux, la partie manquante peut être obtenue à partir du réseau (option station solaire en réseau) ou d'un générateur à combustible liquide (station solaire autonome).
Types de modules solaires
La classification des systèmes photovoltaïques s'effectue selon les critères des matériaux et des conceptions utilisés. Les batteries solaires sont :
- Sous forme de panneaux de silicium (les plus courants, les plus puissants et les plus chers), le rendement atteint 22 % ; Ils sont fabriqués en trois sous-types : monocristallins (le plus fiable), polycristallins et amorphes ; Dans les deux premières positions, on utilise du silicium pur, dans la troisième, du silicium-hydrogène, qui est appliqué sur le substrat ;
- Film : fabriqué à partir de tellurure de cadmium, de séléniure d'indium et de cuivre et de polymères. Elles ont un prix inférieur, mais aussi un rendement inférieur (efficacité 5-14%), donc pour adapter la batterie aux "appétits" de la maison il faudra augmenter la surface qui reçoit le rayonnement.
Les propriétés de consommation des panneaux solaires sont décrites par les caractéristiques suivantes :
- Forcer.Plus la surface du panneau solaire est grande, plus sa puissance est élevée ; Pour produire une énergie de 1 kWh/jour en été, il faudra environ 1, 5 m2 de panneaux solaires. La puissance la plus efficace se manifeste lorsque les rayons tombent perpendiculairement sur la surface de la batterie, ce qui ne peut pas être garanti en permanence. La modification des performances du panneau pendant la journée est donc un processus naturel. Pour garantir que la quantité d'énergie nécessaire soit obtenue au printemps et en automne, il faut ajouter environ 30 % à cette surface ;
- Efficacité(efficacité) des panneaux solaires modernes : en moyenne, environ 15-17 % ;
- Autonomie de la batterie et perte de puissance au fil du temps.. Los fabricantes, por regla general, ofrecen una garantía para el funcionamiento de los paneles solares durante 25 años, prometiendo una reducción de potencia durante este período de no más del 20% de la original (para algunos fabricantes, la vida útil varía entre 10 y25 ans). avec une garantie de réduction de puissance ne dépassant pas 10 %). Les modules cristallins sont les plus durables, leur durée de vie estimée est de 30 ans. La première batterie solaire au monde est en service depuis plus de 60 ans. La diminution de la production de modules solaires est principalement due à la destruction progressive du film d'étanchéité et à l'opacification de la couche entre le verre et les cellules solaires, due à l'humidité, au rayonnement ultraviolet et aux changements de température ;
- Batterie incluse, qui garantit le fonctionnement du panneau la nuit, est un bon complément aux capacités du générateur solaire. La batterie dure généralement moins que le module solaire lui-même, en moyenne 4 à 10 ans ;
- Disponibilité de nœuds supplémentaires– comme un stabilisateur de tension, un contrôleur de charge de batterie, un onduleur (convertisseur 220 V DC vers AC pour usage domestique) facilitent le fonctionnement de l'appareil et son intégration dans le système « Smart Home » ;
- Coût de la batterie– dépend directement de sa surface : plus l’appareil est puissant, plus il est cher. De plus, les panneaux fabriqués à l'étranger sont toujours moins chers que les panneaux nationaux, car les panneaux solaires y sont plus populaires que dans notre pays. Mais lorsqu'on compare les prix de nos appareils et ceux importés, il faut avant tout comparer l'efficacité opérationnelle des panneaux solaires entre eux ; Ici, les fabricants nationaux atteignent de bons indicateurs d'efficacité, jusqu'à 20 %.
Sélection et utilisation de batteries photovoltaïques.
Lors de la sélection de panneaux solaires pour une maison privée, nous nous basons avant tout sur la charge qu'ils devront supporter. De plus, il est nécessaire de tenir compte de la géométrie de la maison et de la planification des activités d’entretien préventif, qui nécessitent ensemble une attention particulière aux aspects suivants :
- Consommation énergétique quotidienne des appareils prévus pour être alimentés par l'énergie solaire (éclairage des pièces, consommateurs électriques domestiques, dispositifs de sécurité et d'automatisation, etc. ). Il faut garder à l'esprit que la charge et la décharge des batteries consomment également de l'énergie (environ 20 %), et les équipements supplémentaires auront également leurs pertes (par exemple, dans un onduleur en moyenne : 15-20 %) ;
- La relation entre les dimensions requises des panneaux de travail et les zones de toiture correspondantes et leur géométrie ;
- La capacité de nettoyer les surfaces de travail des batteries de la saleté, de la neige et d'autres facteurs affectant le fonctionnement des photoconvertisseurs.
Points importants dans le fonctionnement des panneaux solaires.
- Éviter les dommages physiques au panneau (les rayures et les dommages à l'intégrité du film protecteur peuvent entraîner des courts-circuits et/ou de la corrosion) ;
- Dans des conditions météorologiques défavorables, il est recommandé d'équiper les stations solaires de structures coupe-vent ;
- Des inspections, un nettoyage et un entretien réguliers sont obligatoires.
Coût et retour sur investissement des panneaux solaires.
Pour la zone médiane de notre pays, chaque kilowatt de puissance d’un panneau solaire génère la quantité d’énergie suivante :
- en été - 5 kWh/jour (mai-août) ;
- au printemps et en automne : 3-4 kWh/jour (mars-avril, septembre-octobre) ;
- en hiver - 1 kWh/jour.
Lors du calcul des coûts d'une station solaire autonome, en plus du coût d'une unité d'énergie générée par les panneaux (environ 60 roubles pour 1 W), il est nécessaire de prendre en compte le coût des équipements supplémentaires : des accessoires et du câblage aux batteries, dispositifs de protection et onduleurs (ce qui représente au moins 5% du coût total, mais les prix peuvent varier considérablement selon les fabricants et la puissance).
Selon les recommandations des experts, les coûts optimaux pour un système solaire permanent sont obtenus en utilisant le schéma « option été plus générateur électrique de secours ». Certes, le générateur devra être allumé au printemps et en automne, et encore moins en hiver (les batteries solaires ne sont jamais conçues pour être complètement chargées en hiver).
Lors du calcul du délai de récupération d'une installation solaire, sa production est comparée au paramètre pris comme base. Dans une station solaire en réseau, il s'agit des tarifs d'électricité, dans le cas d'un système d'énergie solaire autonome, il s'agit du coût de l'énergie produite par un générateur électrique à combustible liquide. Le retour sur investissement est estimé sur la base du fait qu'une batterie solaire de 1 kW produira environ 1 000 kWh d'énergie par an.
Si nous prenons le prix moyen de 1 kWh d'électricité comme 5 roubles, alors la période de récupération d'une station solaire sera de : 80 000 roubles / 5 roubles * 1 000 kWh = 16 ans.
Avec une garantie de 30 ans pour une installation solaire basée sur le réseau, le retour sur investissement (au taux de 5 roubles/kWh) aura lieu dans les 16 ans et au cours des 14 prochaines années, l'électricité sera fournie gratuitement.
Quant à un système d’énergie solaire autonome, à proprement parler, la quantité d’énergie qu’il produira chaque année sera inférieure aux 1 000 kWh désignés, qu’il partage avec le générateur électrique. Mais pour des calculs approximatifs, il n'est pas nécessaire de réduire ce nombre, de prendre en compte approximativement l'augmentation de la consommation spécifique de carburant qui se produit lorsque le générateur est partiellement chargé (c'est-à-dire périodiquement, pas constamment). Ainsi, la période de récupération du système autonome (basée sur le coût de l'énergie produite par le générateur de combustible liquide - 25 roubles pour 1 kWh) ressemble à ceci : 150 000 roubles / 25 roubles * 1 000 kWh = 6 ans.
Outre les indicateurs techniques, l'efficacité des panneaux solaires faisant partie d'une centrale solaire autonome est confirmée par leur période d'amortissement, qui est de 6 ans.
Les tarifs ne sont pas réduits.
Mais les exemples d'installations d'énergie solaire donnés suggèrent que les tarifs peuvent désormais être « gelés » individuellement et que les économies peuvent commencer en tirant parti des capacités des panneaux photovoltaïques. Il vous suffit de les acheter auprès de fabricants de marques éprouvées sur le marché afin que leurs paramètres soient prévisibles tant en termes de conception que de fonctionnement.
Et il est préférable d'aborder des questions telles que : même au stade de la conception d'une maison économe en énergie :
- veiller à ce que la façade sud ne soit pas dans l'ombre ;
- sélection de l'angle d'inclinaison du toit et des surfaces de travail des panneaux ;
- orientation correcte de la maison par rapport aux points cardinaux ;
- éviter l'ombrage des zones de travail des panneaux solaires, leur obstruction par des feuilles d'arbres, etc.
Dans ce cas, tous les paramètres seront liés de manière optimale les uns aux autres et le fonctionnement le plus efficace des panneaux solaires pour une structure particulière sera assuré.