Les raisons de la popularité des sources d'énergie alternatives sont compréhensibles: il est possible d'économiser du carburant et de réaliser des rêves de systèmes de maintien de la vie 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 maison écologique moderne.
Nous vous dirons comment équiper le chauffage solaire dans une maison individuelle, nous analyserons avec vous sa rentabilité. Afin de couvrir de manière approfondie les problèmes d'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 commentaires positifs des utilisateurs.
Sur la base de nos recommandations, vous pouvez construire un système solaire efficace pour une maison d'été ou une maison de campagne. Pour faciliter la perception du matériel difficile, nous avons complété les informations par des diagrammes visuels, des illustrations et des guides vidéo.
Façons d'utiliser l'énergie solaire
Les méthodes d'application de l'énergie du corps céleste ne sont pas des technologies innovantes, la chaleur solaire est utilisée depuis longtemps et avec beaucoup de succès. Cependant, cela s'applique principalement à l'Australie, certains pays d'Europe, d'Amérique et les régions du sud, où des énergies alternatives peuvent être obtenues tout au long de l'année.
Certaines régions du Nord sont déficientes en rayonnement naturel, il est donc utilisé comme option supplémentaire ou de secours.
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Panneaux solaires - l'un des moyens d'obtenir l'énergie presque gratuite émise par un corps céleste
La construction d'une centrale solaire autonome est recommandée dans les régions avec un grand nombre de jours ensoleillés, ce qui n'est pas associé à la température annuelle moyenne
Les systèmes solaires autonomes sont situés principalement sur les toits des bâtiments de faible hauteur et dans les zones exemptes d'arbres
Pendant les gelées, les systèmes solaires fournissent de l'énergie pour chauffer l'air, la vapeur ou le chauffage de l'eau, en été, ils fournissent de l'eau chauffée
Les centrales solaires sont des types de production d'énergie verte, écologique et renouvelable en continu
Jusqu'à présent, l'efficacité des centrales solaires dépend trop du nombre de jours ensoleillés. Elle n'est rentable que sous les latitudes méridionales. Dans la voie du milieu et dans le nord, il ne peut servir que de source de réserve
Des panneaux solaires dans le sud des pays de la CEI pourront fournir une maison de campagne en électricité, eau chaude et liquide de refroidissement pour les circuits de chauffage
Les systèmes solaires, même utilisés comme source d'énergie d'appoint, ont un effet économique assez élevé, réduisant la charge sur les principales options de production d'énergie
Utilisation passive de l'énergie solaire
Option d'installation du panneau solaire
Agencement optimal d'un système solaire privé
L'emplacement du panneau solaire le long de l'avant-toit
Système solaire sur une pente douce du toit
Centrale solaire comme source de secours
Fonctionnement sur batterie dans les régions du sud des pays de la CEI
Les vrais avantages du système solaire dans le secteur privé
Les intermédiaires entre les rayons du soleil et le mécanisme de génération d'énergie sont les panneaux solaires ou les capteurs, qui diffèrent par leur objectif et leur conception.
Les piles accumulent l'énergie du soleil et permettent de l'utiliser pour alimenter les appareils électroménagers. Ce sont des panneaux avec des photocellules d'une part et un mécanisme de verrouillage d'autre part. 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 de la maison. De grandes boîtes calorifugées avec un liquide de refroidissement, ainsi que des batteries, sont montées sur des boucliers surélevés face au soleil ou sur les pentes du toit.
C'est une erreur de considérer qu'absolument toutes les régions du Nord reçoivent beaucoup moins de chaleur naturelle que les régions du Sud. Supposons qu'il y ait beaucoup plus de jours ensoleillés à Tchoukotka ou au centre du Canada qu'au sud de la Grande-Bretagne
Pour augmenter l'efficacité, les panneaux sont placés sur des mécanismes dynamiques ressemblant à un système de suivi - ils tournent après le mouvement du soleil. Le processus de conversion d'énergie se déroule 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, tandis que les seconds accumulent de l'électricité. Il est possible de chauffer la pièce à l'aide de photocellules, mais les circuits de l'appareil sont irrationnels et ne conviennent que pour les zones où il y a au moins 200 jours de soleil par an.
Le schéma du système de chauffage avec un capteur solaire connecté à la chaudière et une source de secours d'électricité (par exemple, une chaudière à gaz) fonctionnant au combustible traditionnel (+)
Avantages et inconvénients d'un système de chauffage alternatif
Il n'y a pas beaucoup d'avantages du système de chauffage solaire, mais chacun d'eux est important et peut devenir la raison d'expériences privées:
- Avantages écologiques. Il est sans danger pour les résidents de la maison et la nature environnante, une source de chaleur propre qui ne nécessite pas l'utilisation de combustibles traditionnels.
- Autonomie. Les propriétaires des systèmes sont absolument indépendants des prix de l'énergie et de la situation économique du pays.
- Rentabilité. Tout en conservant le système de chauffage traditionnel, il devient possible de réduire le coût de paiement de l'eau chaude.
- Accessibilité générale. Pour installer des systèmes solaires, vous n'avez pas besoin de l'autorisation des autorités de l'État.
Mais il y a des moments désagréables qui peuvent ruiner la situation dans son ensemble. Par exemple, pour déterminer l'efficacité du système, il faudra une longue période d'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 uniquement nécessitera de gros investissements: les panneaux de silicium les moins chers coûteront au moins 2200 roubles. chacun, et des éléments à six diodes polycristallines de la première catégorie - jusqu'à 17000 chacun. Le calcul du coût de 30 modules est assez simple (+)
Les utilisateurs notent les inconvénients suivants:
- des prix élevés pour les équipements nécessaires à la mise en service du système;
- dépendance directe de la quantité de chaleur produite par la situation géographique et la météo;
- Disponibilité obligatoire d'une source de secours, par exemple une chaudière à gaz (en pratique, un système solaire se révèle souvent être une sauvegarde).
Pour obtenir de meilleurs rendements, vous devez surveiller régulièrement la santé des collecteurs, les nettoyer des débris et les protéger de la formation de givre. Si la température descend souvent en dessous de 0 ° C, vous devez prendre soin de l'isolation thermique supplémentaire non seulement des éléments du système solaire, mais aussi de la maison dans son ensemble.
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Panneaux solaires sur le toit d'une maison de campagne
Montage des batteries du système solaire d'été
Équipement extérieur d'une centrale solaire
Dispositifs techniques situés à l'intérieur de la maison
L'énergie solaire pour le chauffage
Le but principal des photocellules à économie d'énergie est de fournir de l'électricité à la maison. Afin de les inclure dans le circuit du système de chauffage et d'atteindre un fonctionnement optimal, il est nécessaire de monter un circuit avec un ballon de stockage.
C'est en elle que l'eau va chauffer qui, ayant atteint une certaine température, va remplir les tuyaux et les radiateurs des pièces à chauffer (salon, salle de bain).
Système à énergie solaire avec un réservoir à double circuit qui organise le chauffage et l'eau chaude dans deux directions: aux radiateurs de chauffage et aux points d'analyse (+)
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 de cellules pour les panneaux solaires:
- Monocristallin. Ce sont des plaques minces de silicium le plus pur découpées 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. Constitué de wafers obtenus par refroidissement progressif d'une masse fondue de silicium. Les technologies pour leur production sont moins laborieuses, mais l'efficacité des cellules photovoltaïques en polycristal est nettement inférieure - pas plus de 12%.
- Amorphe. Ce sont des films. Ils sont fabriqués par la méthode de la phase d'évaporation, à la suite de laquelle le silicium sous la forme d'un film mince se dépose sur une base polymère flexible. La méthode de production la moins chère est combinée avec le taux de production le plus bas pouvant atteindre 7%.
Pour l'installation de systèmes de chauffage autonomes dans les régions du nord, les batteries photovoltaïques assemblées à partir de cellules monocristallines sont considérées comme l'option la plus appropriée. Cependant, les batteries avec des modules amorphes sont plus faciles à installer, pratiquement pas exigeantes sur la base et beaucoup moins chères.
Un module monocristallin se compose d'éléments connectés en série combinés en modules. Plusieurs modules forment un panneau solaire. La surface sombre des systèmes solaires photovoltaïques optimise l'absorption du soleil
La tâche des éléments extérieurs est d'absorber et de transformer les rayons du soleil. L'énergie libérée continue et est concentrée dans l'accumulateur de stockage. Un petit élément donne environ 100-250 watts, et un panneau préfabriqué de 25-30 m² fournit de l'électricité à une petite maison. Pour l'installation d'un système de chauffage, l'énergie est requise 2 à 3 fois plus.
Un onduleur agit comme un convertisseur de courant continu de la «production» solaire en électricité, car un courant alternatif est nécessaire pour le fonctionnement des appareils électroménagers et des lampes.
En parlant spécifiquement du système de chauffage, la chaudière électrique pour le chauffage de l'eau fonctionne également en courant alternatif. Pour fournir à une maison de la lumière la nuit, des piles permettant de conserver les fournitures de jour seront nécessaires.
Les modules onduleurs sont installés dans un endroit pratique pour la maintenance, bien qu'il ne nécessite pas de contrôle constant et fonctionne en mode automatique (+)
Efficacité de l'utilisation des photocellules
Le moyen le plus simple consiste à acheter des capteurs solaires et à appliquer l'un des systèmes simples et éprouvés au fil des ans. Cependant, les circonstances dictent parfois leurs conditions. Supposons que vous ayez un excellent système de fonctionnement avec un générateur solaire, mais jusqu'à présent, il sert à fournir de l'électricité et à fournir de l'eau chaude à la maison.
Il est clair que l'achat de nouveaux équipements n'est pas rentable, il est donc plus facile d'augmenter la puissance en achetant un certain nombre de convertisseurs photovoltaïques. L'option économique est des panneaux de silicium avec une capacité allant jusqu'à 23-25%.
Un radiateur électrique doit être connecté à la source de courant. Une option universelle est une chaudière équipée d'un câblage de distribution.
Les éléments de film polymère sur le marché russe sont beaucoup moins courants que les analogues de silicium simples et polycristallins. Ils sont pratiques pour l'installation, mais ont une faible efficacité - seulement 6%
Si vous organisez correctement l'approvisionnement en électricité, cela devrait suffire à la fois pour l'approvisionnement en eau chaude et le chauffage. Il existe des exemples où la maison est entièrement chauffée - elle peut être reconnue par le toit, presque entièrement recouvert de panneaux.
Parfois, il est nécessaire d'ériger des structures détachées 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 approfondis ne vous aideront pas à déterminer la quantité exacte d'énergie potentielle et à créer rapidement un système efficace et rationalisé. Le fait est que, dans la pratique, il existe des obstacles dont l’apparition est difficile à prévoir.
Voici quelques facteurs:
- Incohérence météorologique. Un nombre clair de jours ensoleillés est inconnu même dans les régions du sud. Prévoir de manière fiable leur nombre dans les régions du nord est presque impossible.
- Irrégularité dans la production d'électricité. Par exemple, dans les régions du nord en hiver, la lumière du jour est courte, de sorte qu'une grande partie de l'énergie solaire traitée est consacrée à l'éclairage. De plus, l'intensité du rayonnement solaire en hiver est considérablement réduite.
- Pannes périodiques. Comme tous les systèmes techniques, les panneaux solaires peuvent tomber en panne de temps en temps en raison de dommages aux éléments individuels, aux connexions contractuelles, à la surface de protection, etc.
Par conséquent, vous ne pouvez en apprendre sur l'efficacité qu'après une certaine période de temps, au moins dans un an. Vous devrez peut-être augmenter le nombre de cellules photoélectriques ou de batteries, envisager une isolation thermique supplémentaire à la maison et réduire la zone chauffée. Supposons que dans les régions du nord de l'Allemagne, afin d'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: nettoyage de la neige en hiver et des ordures pendant la période chaude, lavage de la surface en verre avec de l'eau à partir d'un tuyau
Schéma d'installation de la centrale électrique domestique
La façon la plus simple d'installer un générateur solaire est de contacter une entreprise qui met en œuvre les composants du système et propose des services pour leur installation. Avantages - un projet professionnel prenant en compte les caractéristiques individuelles, une garantie pour tous les produits et l'installation, moins - coût élevé.
Si vous avez l'expérience requise, vous pouvez assembler indépendamment une mini-centrale électrique avec des panneaux solaires pour chauffer une maison privée.
Le plus efficace est le schéma hybride du dispositif du système air-solaire, dans lequel des photocellules sont utilisées pour générer de l'énergie, des capteurs pour chauffer l'eau et une éolienne supplémentaire sont installés. Il peut être remplacé par une source de carburant de secours (+)
Toutes les pièces pour l'assemblage du système de chauffage sont vendues dans des magasins spécialisés.
Les composants suivants doivent être achetés:
- un ensemble de modules solaires en silicium ou en film;
- batterie de stockage d'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 aient la capacité de stocker de l'énergie pendant 3-4 jours. La durée de leur travail dépend de la température ambiante - par temps froid, ils se déchargent rapidement. Si la consommation journalière est de 2400 Wh, des batteries d'une capacité totale d'au moins 1000 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 de 3 ans), les appareils spéciaux pour systèmes solaires ont les meilleures performances - jusqu'à 85% (durée de vie - 10 ans). Une certaine quantité d'énergie est perdue lors du stockage et de la conversion
La qualité du courant généré par les onduleurs sinusoïdaux pour les systèmes solaires est supérieure au courant d'un réseau centralisé. Une caractéristique de l'équipement est la synchronisation de la phase de tension, à laquelle la transition de 12 V à 220 V s'effectue sans interruption dans le fonctionnement des appareils électroménagers.
Onduleurs de puissance - de 250 W à 6000 W et plus.Vous pouvez augmenter la puissance de sortie en vidant la connexion parallèle de plusieurs appareils. Par exemple, 3 x 3000 W = 9000 W (+)
Après avoir installé tous les éléments du système solaire, il est nécessaire de connecter un réservoir électrique chauffant l'eau à l'onduleur et, à son tour, une canalisation de chauffage au réservoir.
Système de chauffage à capteur
La meilleure efficacité et le meilleur rendement peuvent être obtenus en installant à la place des capteurs solaires des modules - des installations extérieures 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.
Considérez la conception et le principe de fonctionnement des appareils de deux types principaux: plats et tubulaires.
Option plate faite maison
La conception des plantes plates est si simple que les artisans expérimentés assemblent leurs homologues de l'artisanat de leurs propres mains, en achetant certaines pièces dans un magasin spécialisé et en construisant une partie à partir de matériaux improvisés.
Une plaque adsorbant la chaleur solaire est fixée à l'intérieur d'une boîte isolée en acier ou en aluminium. Le plus souvent, il est recouvert d'une couche de chrome noir. Le dissipateur thermique est protégé par le haut par un couvercle transparent étanche.
L'eau est chauffée dans des tubes posés par un serpent et reliés à une plaque. L'eau ou l'antigel pénètre dans la boîte par le tuyau d'entrée, s'échauffe dans les tubes et se déplace vers la sortie - vers le tuyau de sortie.
La transmission de la lumière du couvercle s'explique par l'utilisation d'un matériau transparent - verre trempé ou plastique durable (par exemple, polycarbonate). Pour empêcher la lumière du soleil de se refléter, la surface en verre ou en plastique est dépolie (+)
Il existe deux types de connexion, un tuyau et deux tuyaux, il n'y a pas de différence fondamentale dans le choix. Mais il y a une grande différence dans la façon dont le liquide de refroidissement sera fourni aux collecteurs - par gravité ou à l'aide d'une pompe. La première option est reconnue comme inefficace en raison de la faible vitesse de circulation de l'eau; par le principe du chauffage, elle ressemble à une capacité pour une douche d'été.
Le fonctionnement de la deuxième option est dû au raccordement d'une pompe de circulation, qui alimente le liquide de refroidissement de force. Une source d'énergie pour le fonctionnement des équipements de pompage peut être un système d'énergie solaire.
La température du liquide de refroidissement lorsqu'il est chauffé par un capteur solaire atteint 45-60 ºС, en sortie, l'indicateur maximum est de 35-40 ºС. Pour augmenter l'efficacité du système de chauffage, avec des radiateurs, utilisez des "planchers chauds" (+)
Collecteurs tubulaires - une solution pour les régions du nord
Le principe général de fonctionnement ressemble au fonctionnement des analogues plats, mais avec une différence: les tubes d'échange de chaleur avec un liquide de refroidissement sont situés à l'intérieur des flacons en verre. Les tubes eux-mêmes sont en plumes, scellés d'un côté et ressemblant à des plumes en apparence, et coaxiaux (sous vide) insérés les uns dans les autres et scellés des deux côtés.
Les échangeurs de chaleur sont également différents:
- système de conversion de l'énergie solaire en caloducs thermiques;
- tube ordinaire pour déplacer le liquide de refroidissement de type U.
Le deuxième type d'échangeurs de chaleur est reconnu comme plus efficace, mais 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, vous pouvez donc le changer en 2-3 minutes. Les éléments coaxiaux défaillants sont réparés en retirant simplement la fiche et en remplaçant le canal endommagé.
Schéma expliquant la nature cyclique du processus de chauffage 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 du liquide de refroidissement (+)
Après avoir analysé les caractéristiques techniques des différents types de collecteurs et résumé l'expérience de leur utilisation, nous avons décidé que les collecteurs plats conviennent mieux aux régions du sud et tubulaires aux nordiques. Particulièrement bien établi dans le climat rigoureux de l'installation avec le système de caloduc. Ils ont la capacité de chauffage même les jours nuageux et la nuit, "mangeant" un minimum de soleil.
Un exemple de schéma standard pour connecter des capteurs solaires à un équipement de chaudière: une station de pompage assure la circulation de l'eau, le régulateur régule le processus de chauffage
Méthode d'augmentation des performances
Habituellement, après avoir expérimenté un petit nombre de modules solaires, les propriétaires de maisons privées vont plus loin et améliorent le système de diverses manières.
Le moyen le plus simple consiste à augmenter le nombre de modules impliqués, respectivement, à attirer de l'espace supplémentaire pour leur placement et à acheter des équipements connexes plus puissants.
Et s'il y a une pénurie d'espace libre? Voici quelques conseils pour améliorer l'efficacité d'une station solaire (avec photocellules ou capteurs):
- Modifiez l'orientation des modules. Éléments mobiles par rapport à la position du soleil. En termes simples, l'installation de la partie principale des panneaux sur le côté sud. Avec une longue lumière du jour, il est également optimal d'utiliser des surfaces orientées est et ouest.
- Réglage de l'inclinaison. Le fabricant indique généralement quel angle est le plus préférable (par exemple, 45 °), mais parfois pendant l'installation, il est nécessaire de faire des ajustements en tenant compte de la latitude géographique.
- Le bon choix de l'emplacement d'installation. Le toit est approprié, car il s'agit le plus souvent du plan le plus haut et n'est pas masqué par d'autres objets (par exemple, des arbres de jardin). Mais il existe des domaines encore plus adaptés - des appareils de repérage rotatifs pour le soleil.
Avec les éléments perpendiculaires aux rayons du soleil, le système fonctionne plus efficacement, mais sur une surface fixe stable (par exemple, un toit), cela n'est possible que pour une courte période de temps. Pour l'augmenter, ils ont mis au point des dispositifs de suivi pratiques.
Les mécanismes de suivi sont des plates-formes dynamiques qui tournent avec leur avion suivant le soleil. Grâce à eux, les performances du générateur augmentent en été d'environ 35 à 40%, en hiver - de 10 à 12%
Un gros inconvénient des appareils de suivi est leur coût élevé. Dans certains cas, cela ne porte pas ses fruits, il est donc inutile d'investir dans des mécanismes inutiles.
On estime que 8 panneaux est le montant minimum auquel les coûts se justifieront au fil du temps. Vous pouvez utiliser 3-4 modules, mais sous une condition: s'ils sont directement connectés, en contournant les batteries, à la pompe à eau.
L'autre jour, Tesla Motors a annoncé la création d'un nouveau type de toit - avec panneaux solaires intégrés. Elon Musk a déclaré qu'un toit modifié sera moins cher qu'un toit conventionnel avec des collecteurs ou des modules installés dessus.
Des vidéos thématiques vous aideront à mieux imaginer l'appareil des stations solaires domestiques et à révéler certains secrets de l'installation de l'équipement.
Vidéo n ° 1. Les informations techniques sur les panneaux solaires et les contrôleurs de charge sont disponibles:
Vidéo n ° 2. Expérience utile de l'utilisation de panneaux solaires en banlieue:
Vidéo n ° 3. Un exemple d'une station solaire fonctionnant avec succès, entièrement assemblée indépendamment, fournissant à la fois de l'eau chaude sanitaire et du chauffage domestique:
Comme vous pouvez le voir, un système de chauffage solaire est un phénomène très réel que vous pouvez réaliser indépendamment. Le domaine des modes alternatifs de génération 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 la construction d'un système solaire, ne dire que les détails que vous connaissez dans le bloc ci-dessous.