Solaire thermique - Solaire photovoltaïque

Le Solaire Thermique : Une énergie inépuisable disponible pour tous, source d’économie.

Comment ça marche ?

   

Les capteurs solaires (1) exposés au rayonnement solaire s’échauffent et cèdent leurs calories à un fluide caloporteur qui circule dans la liaison solaire (4) constituant le circuit primaire (2) le reliant au ballon (5).

Le fluide passe dans le ballon au niveau de l’échangeur (3) et chauffe l’eau du ballon. Le fluide ressort du ballon refroidi et est entraîné à nouveau vers les capteurs grâce au circulateur (7). L’ensemble est régulé afin de garantir la sécurité du système ainsi qu’une température optimale.

Le régulateur (8) récupère les informations sur le système grâce à des sondes de température (9 et 10).

Le ballon solaire est alimenté en Eau Chaude Sanitaire (ECS) par le bas du ballon (6) et la chaleur monte par stratification. Si la température au sommet du ballon n’est pas suffisante un appoint est nécessaire.

Une chaudière (12) peut assurer cette appoint via un échangeur en partie haute du ballon (11).

La commande mise en route de la chaudière étant gérée par le régulateur solaire.  

  

CESI (Chauffe Eau Solaire Individuel)

composé de capteurs, d’un ballon de stockage, d’un groupe de transfert, d’un système de régulation.

SSC (Système Solaire Combiné)

qui permet la production de l’eau chaude sanitaire (prioritaire sur le chauffage) et contribue en appoint aux besoins de chauffage en résidentiel et tertiaire.

ECSSC (Eau Chaude Sanitaire Solaire Collective)

c’est le marché des campings, des hôtels et des bâtiments publics.

A Savoir

La région parisienne reçoit seulement 17% d'énergie solaire de moins que Toulouse, ville pourtant réputée ensoleillée. L'installation de 5m² de capteurs à Toulouse, équivaut à 6m² de capteurs installés à Paris, pour la même quantité d'énergie produite.

Couverture mensuelle des besoins en eau chaude sanitaire par énergie solaire.

Conseils de mise en œuvre :

Taille requise :

• Pour le ballon :voir tableau litrage ci-dessous
• Pour les capteurs : entre 1 et 1,5 m² par personne

Orientation des capteurs :

• Plein Sud ou au moins Sud-Sud/Est ou Sud-Sud/Ouest.
• Eviter les ombres portées (arbres,murs...).

Inclinaisons :

• Optimum annuel à 40 ou 50 degrés sur l'horizontale
• Tolérances pour raisons architecturales :25 à 30 degrés.

Distance aux points de puisage :

• La plus courte possible,pour éviter les pertes thermiques dans les canalisations qui doivent être calorifugées.

Protection contre le gel :

• Liquide antigel dans le circuit primaire.

Entretien :

• Visite ou intervention annuelle.

Déclaration de travaux indispensables en mairie.

• Source de chauffage gratuite, permettant une économie de 30 à 70 % des besoins annuels.
• Facile à mettre en œuvre.
• Investissement modéré, par rapport aux autres énergies renouvelables.
• Pas de production de CO2.

Conseils pratiques

Conseil pratique pour le calcul des besoins d'une personne !

• entre 1 et 1,5 m² de capteur
• entre 80 et 100 l d'eau.

Aide à la sélection :

Volume du ballon (L) conseillé en fonction du nombre de personnes.

Nb pers.	Zone H1	Zone H2	Zone H3	Zone H4
1-3	200	200	200	200
2-4	300	300	200	200
3-5	400	400	300	300
4-5	500	500	400	400

 

Les données du tableau sont valables pour des orientations SE-S-SO, sans ombre et pour des inclinaisons > 25°, pour des maisons individuelles et des petits collectifs.

 

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L'utilisation du soleil

L’énergie solaire est disponible partout, gratuite et facile à transformer. C’est l’énergie renouvelable la plus facilement utilisable par des particuliers : installation simple et rapide, équipement de taille réduite, fonctionnement avec très peu de maintenance…

Le soleil brille partout !

Capter et transformer l’énergie solaire, c’est possible à la campagne et en ville. Le soleil brille partout et les capteurs solaires sont peu encombrants et faciles à intégrer aux bâtiments. Une installation photovoltaïque identique produira plus d'électricité à Marseille qu’à Dunkerque.

Pour obtenir la même puissance électrique, il faudra installer plus de modules photovoltaïques à Dunkerque qu'à Marseille. Dans le nord de la France, une installation photovoltaïque sur un toit à 30° orienté plein sud, devrait produire au moins 900 kWh/kWc par an, alors que la même installation située dans des lieux ensoleillés peut atteindre des puissances de 1000 kWh/kWc voire 1200 kWh/kWc dans des lieux très ensoleillés.

Ces données se rapportent à des valeurs moyennes obtenues sur plusieurs années. Sur une année, les rendements peuvent varier d'environ plus ou moins 10% par rapport à ces valeurs, selon les conditions d'ensoleillement.

Comment calculer son installation ?

Les conditions idéales en Europe pour obtenir un rendement maximum du système sont :

• une orientation au sud
• un angle d’inclinaison des modules de 30 à 35°
• aucune ombre ou salissure

Pour évaluer un rendement, il est intéressant d’utiliser un disque de rayonnement solaire. Ce disque permet de lire le pourcentage de rendement d’un système photovoltaïque par rapport aux conditions optimales, en fonction de l’inclinaison et de l’orientation des modules.

Exemple de calcul pour une région. (source Ubbink)

Exemple :

J'habite à Nantes. J’ai un versant de toit orienté Sud Est (120°). Mon toit à une pente de 50°. Je souhaite installer un ensemble 12 modules de 175 Wc. Soit une installation totale de 12 x 175 = 2100 Wc = 2,1 kWc.

Quel rendement mon installation photovoltaïque va-t-elle fournir ?

- Nantes est située dans la zone dont le rendement maxi est 952 kWh/kWc installés.

- Orientation Sud Est : 120° (relevé avec une boussole)

- je trace la ligne A. Au croisement de la ligne A et du cercle 50°, je suis dans la zone orangée entre 80% et 90% soit 85% de flux lumineux annuel. 952 kWh/kWc x 85% x 2,1 kWc = 1 699 kWh/an.

Quelques principes

Principe de fonctionnement d’un système photovoltaïque

Les modules photovoltaïques (1) transforment directement le rayonnement solaire en électricité (courant continu). Un onduleur (2) transforme le courant produit par les modules en courant alternatif compatible avec le réseau de distribution de l’électricité. L’électricité produite est ensuite vendue au distributeur d’électricité (EDF…) (3).

Module photovoltaïque

Le module photovoltaïque est composé d’un assemblage en série de cellules polycristallines protégées par un verre sécurit antireflet. Nos modules sont composés de 50 cellules. 3 diodes bypass permettent de protéger le module et d'optimiser son rendement en cas d'ombre ou de salissure d'une cellule.

Branchement des modules photovoltaïques

Les modules photovoltaïques peuvent être branchés en parallèle, en série ou en combinant les deux. Ces différents montages permettent de régler l’intensité ou le voltage des systèmes photovoltaïques. Le choix de l’onduleur dépend du type de branchement, des caractéristiques et du nombre de modules et de la configuration du site.

2 montages de même puissance

La puissance (P) d’un système se calcule en multipliant la tension (U) par l’intensité des modules (I) : P = U x I

Montage en parallèle P = U nom x 3Inom Les courants des différents modules s’additionnent et la tension reste identique (3 strings* dans notre exemple). Attention, un tel montage peut demander une section de câble plus importante due à la forte intensité..

Montage en série P = 3U nom x Inom Les tensions s’additionnent et le courant traversant les modules reste identique (1 string* dans notre exemple). Lorsque les panneaux sont montés en série, l’intensité traversant les panneaux sera celle du panneau le moins performant de la série. Ainsi, si une ombre apparaît sur un des panneaux, toute la série aura pour rendement celui du panneau le plus faible. L'intensité restant faible, les sections de câbles sont moins importantes.

*Plusieurs modules photovoltaïques branchés en série forment un “string”.

Choix du branchement

On comprend alors l’intérêt d’un montage en parallèle et en paysage sur un toit dont l’ombre monte le soir de façon horizontale. On comprend aussi l’intérêt d’un montage en parallèle et en portrait si l’ombre se déplace verticalement. 3 strings (de 3 modules chacun) raccordés en parallèle

On monte les modules en série pour les installations sans ombre : c’est la solution la plus simple, mais il convient de calculer le voltage maximum par rapport à celui de l’onduleur. On monte les modules ou les strings en parallèle pour les installations qui ont une partie à l’ombre, ou lorsque les modules de voltage important dépassent la tension de l’onduleur.

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Réglementation

Les aides

En France, il existe 3 aides qui favorisent l'installation de systèmes photovoltaïques :

• le crédit d'impôt
• le prix de revente de l'électricité
• les aides des régions (selon les régions)

Le crédit d'impôt

Pour l'habitation principale, l'installation d'un système photovoltaïque permet de bénéficier d'un crédit d'impôt de 50% sur le prix d'acquisition du matériel (dépense plafonnées à 16 000 € pour un couple). Articles 200 quater et 18 bis du code des impôts.

Le prix de revente de l'électricité

Le système photovoltaïque permet de vendre l'électricité produite au distributeur d'électricité. Le distributeur est principalement Electricité de France, mais il peut s'agir également de régies locales de distribution d'électricité.
Arrêté du 10 juillet 2006 du Journal Officiel de la République Française.

Tarif de revente de l'électricité

• 32,823 cents / kWh en France continentale
• 60,176 cents / kWh en France continentale si le système photovoltaïque est intégré au bâti.
  
Tarif de revente au 14/01/09

Les aides des régions

Les aides régionales sont propres à chaque région. Se renseigner auprès de l’administration régionale. Voir site internet de www.enerplan.asso.fr

Les formalités

• Déclaration de travaux
• Autorisation d’exploitation de l’État
• Dossier de raccordement EDF
• Dossier de revente EDF
• Si périmètre classé, contacter les Bâtiments de France.
  
   

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Glossaire :

Azimut : angle entre la direction d'un objet et le nord géographique. L'azimut est mesuré depuis le nord en degré de 0° à 359° dans le sens des aiguilles d'une montre : ainsi l’est est à 90°, le sud à 180° et l’ouest est à 270°.

Boîtier de Raccordement pour le Générateur (BRG) : il s’agit d’un boîtier dans lequel les rangées du générateur photovoltaïque sont rattachées à la ligne principale de courant continu. En outre, il est possible d’intégrer des éléments de sécurité et de protection contre les surtensions.

Cellule photovoltaïque : en présence de lumière, une cellule photovoltaïque produit du courant sous l'effet photovoltaïque. Il s'agit de la plus petite unité de production de courant fabriquée à partir de plaquettes de silicium ou de films en couches minces. Elle est composée d'un matériau support et de pistes conductrices plaquées. Plusieurs cellules photovoltaïques connectées composent un module photovoltaïque.

Cellules photovoltaïques polycristallines : lors de la fabrication, le silicium forme de nombreux cristaux, reconnaissables à leur structure superficielle en fleur de givre. Le rendement des cellules polycristallines est inférieur à celui des cellules monocristallines mais le gain de surface dû à la forme compense cette perte de rendement.

Classe de protection : permet de connaître le niveau d’étanchéité d’un matériel électrique. Classement IP. Coefficient de température : une cellule perd du rendement quand la température monte. Le coefficient de température (en %/K) donne la perte de rendement (en %) du module pour une variation de température de 1° (en K).

Courant continu : les cellules photovoltaïques produisent du courant continu. Il s'agit de courant électrique qui circule toujours dans la même direction du pôle plus au pôle moins.

Courant alternatif : courant dont l’intensité sera alternativement positive et négative pendant une période. La fréquence des périodes est mesurée en Hertz. Habituellement en Europe : 50 Hz, soit 50 oscillations en 1 seconde.

Courant de court circuit : niveau d’intensité du courant I en ampères obtenu quand on relie (court-circuite) les pôles plus et moins d’un module ou d’un générateur photovoltaïque. Abbréviation ICC.

Diode by-pass : élément de construction semi-conducteur qui redirige le courant électrique en cas d'ombrage ou de dommages sur les modules photovoltaïques.

Générateur : plusieurs modules connectés entre eux, y compris le câblage correspondant sont désignés en tant que générateur photovoltaïque.

Intégration : se dit lorsque le champ photovoltaïque, outre la production d’électricité, assure aussi une fonction technique ou architecturale essentielle à la construction. Sur une toiture : consiste à remplacer les éléments de couverture par le système photovoltaïque. Ce dernier remplit alors deux fonctions : fabrication d’électricité et étanchéité du toit.

Intensité : quantité d’électricité que débite un courant continu pendant l’unité de temps – en ampère (A).

Onduleur : les modules photovoltaïques produisent du courant continu (CC). Si le courant doit entrer dans le réseau électrique public, il doit d’abord être transformé en courant alternatif au moyen d’un onduleur qui fournira du 220 Volts en 50 Hertz.

Photovoltaïque : terme technique pour la production d'énergie électrique à partir de la lumière.

Rendement d’une installation : le rendement correspond au travail réalisé dans une certaine unité de temps. Unité W (Watt) ou kW (kilowatt) par h (heure) : kW/h.

String : lorsque des modules sont branchés en série, on dit qu’ils forment un string.

Tension à vide : niveau de tension U en volts au travers des pôles plus et moins d’une source de tension lorsque le circuit électrique est ouvert. Cet état est dénommé également « hors tension ».

Tension nominale : Umpp, tension (différence de potentiel entre le + et le -) du module lorsque celui-ci fonctionne à puissance maximale.

Watt (W) : unité de mesure de la puissance.

Watt crête (Wc) : unité de mesure de la puissance maximale d’une cellule ou d’un module (appelée puissance crête). Cette mesure de puissance maximale est effectuée pour un flux lumineux de 1000W/m2 à une température de cellule de 25°C.

W = Watt (unité de mesure de la puissance)

kW = kilowatt = 1000 Watt

Wc = Watt crête (puissance maximum)