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Mohamed Amjahdi | Jean Lemale

Adopterle solairethermique et photovoltaïque

Toutes les informations

utiles, du projetà l’installation

Table des matières 5

Table des matières

Avant-propos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Avant de commencer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 ■ L’énergie solaire et la politique énergétique 13 ■ L’origine de l’énergie solaire 15 ■ Le rayonnement solaire 16 ■ Le gisement solaire en France 23 ■ Quelques conseils préalables

avant de réaliser un projet solaire 24

LE SOLAIRE THERMIQUE

Les différentes technologies de capteurs solaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

■ Caractéristiques générales 32 ■ Les capteurs plans vitrés 32 ■ Les capteurs non vitrés 35 ■ Les capteurs solaires sous vide 36 ■ Le rendement des différents types de capteurs 38

La production d’eau chaude sanitaire . . . . . . 43 ■ Les différents systèmes de CESI 44 ■ Les systèmes d’appoint 48 ■ Les équipements annexes du CESI 50 ■ Les installations solaires collectives 53

6

Choisir et installer un chauffe-eau solaire thermique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

■ Dimensionner son installation 64 ■ Financer son installation 72 ■ Mettre en œuvre son installation 73 ■ Entretenir son installation 74

Se chauffer grâce au solaire thermique . . . . . 77 ■ Le principe des systèmes solaires combinés 78 ■ Le système d’appoint 79 ■ Le dimensionnement du chauffage solaire 81

LE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE

La production d’électricité photo voltaïque . . .91 ■ Un bref historique 92 ■ Les différents équipements du photovoltaïque 99 ■ Le montage des panneaux 103 ■ L’installation des panneaux photovoltaïques 106 ■ L’impact environnemental et le temps

de retour énergétique du photovoltaïque 110

Choisir et installer ses panneaux solaires photo voltaïques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

■ Choisir son installation 116 ■ Dimensionner son installation 119 ■ Le coût de l’installation 129 ■ Effectuer les démarches

et bénéfi cier des aides 129

L’installation électrique raccordée au réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

■ Les enjeux et les perspectives 134 ■ Principe d’une installation photovoltaïque

raccordée au réseau 135 ■ Démarches et tarifi cation 138

Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 ■ Certifi cations 143 ■ Pour en savoir plus 145 ■ Bibliographie 145 ■ Remerciements 145

Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Choisir et installer ses panneaux solaires photovoltaïques 115

Le dimensionnement de son installation photovoltaïque doit être réalisé avec minutie car de multiples facteurs entrent en jeu.

Choisir et installer ses panneaux solaires photovoltaïques

116

Choisir son installation Les modules photovoltaïques

Le choix de la technologie des modules dépend des paramètres suivants :

la puissance nécessaire,

le climat du site à équiper,

la surface disponible pour installer les modules,

le budget disponible.

Pour les installations qui nécessitent une puissance supérieure à quelques dizaines de watts, les modules à silicium cristallin sont les plus adaptés du fait de leur meilleur rendement. Du fait notamment de son faible rendement, la technologie amorphe est très rarement utilisée à ce niveau de puissance demandée, car elle nécessite des grandes surfaces à puissance égale.

Technologie silicium RendementSurface

(m²/kWc)

monocristallin 15 à 20 % 8

multicristallin 12 à 15 % 10

Amorphe (couche mince) 7 à 9 % 20

Avant de choisir les panneaux, il est conseillé de vérifi er si la techno-logie est en adéquation avec les prérequis de l’installation. Pour cela, il faudra passer en revue les paramètres suivants :

la tension des panneaux,

la garantie de la puissance maximale (certains modules ne sont garantis que pour 80 ou 90 % de leur puissance nominale),

Le choix des différentes technologies, l’estimation des besoins jour-naliers en énergie et le dimensionnement de l’installation sont autant d’étapes primordiales avant de se lancer dans le photovoltaïque.

Puissance crête

La puissance crête Wc est une donnée normative appliquée aux cellules et modules photovoltaïques. Elle correspond à la puissance électrique maximale que peut délivrer un module sous des conditions standards optimales d’ensoleillement (1 000 W/m²) et de température (25 °C). Elle est généralement exprimée en watt crête (Wc) ou en anglais en watt Peak (Wp).

D Rappel des rendements des différents capteurs


la tenue aux éléments climatiques (vent, grêle…),

le système de fi xation.

Les batteriesLes batteries doivent être dimensionnées pour permettre une auto-nomie énergétique du site durant un certain nombre de jours sans soleil, généralement une semaine dans le sud et 10 à 15 jours dans le nord, pour une maison individuelle. Pour connaître le risque de non- ensoleillement, on utilise une carte de nombre de jours consécutifs où la durée d’insolation est inférieure à 1 heure, fournie par la météo.

J Carte de la France du nombre d’heures d’ensoleillement par an

Le choix des batteries comme pour les panneaux dépend de différents paramètres :

l’autonomie souhaitée (capacité de la batterie),

la technologie de la batterie (batterie fermée, ouverte, gel, AGM…),

le nombre de cycles,

la durée de vie,

le coût d’investissement et/ou de remplacement.

Des batteries de voiture ?

Il faut noter que les batteries qui équipent les véhicules automobiles ne sont absolument pas adaptées pour un système photovoltaïque. Ce type de batterie fonctionne à charge constante et supporte mal les nombreux cycles de charge et décharge.

118

Les trois principaux types de batteries utilisées sont les batteries au plomb ouvert, les batteries AGM et les batteries gel.

Les batteries au plomb ouvert, à électrolyte liquide, sont consti-tuées avec des plaques épaisses ou avec des plaques tubulaires. Elles sont adaptées pour les applications nécessitant un grand nombre de cycles de charge/décharge (400 à 500 cycles).

Les batteries AGM « Absorbed Glass Mat Batteries » présen-tent entre les plaques de plomb une fi ne feuille de fi bre de Boron-Silicate. Ce sont des batteries étanches, sans entretien, qui supportent de fortes intensités en décharge et un nombre de cycles de charge/décharge important (600 à 700 cycles).

Les batteries solaires à électrolyte gélifi é (ou batterie gel) sont très performantes dans la mesure où elles peuvent supporter de 800 à 900 cycles de charge/décharge. Les batteries gel ont un faible taux d’autodécharge et peuvent être stockées plusieurs mois sans recharge.

Les onduleursRappelons que les appareils électriques domestiques fonctionnent majo-ritairement en courant alternatif, alors que l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques et stockée dans les batteries est sous forme continue. Il est donc nécessaire de transformer via un onduleur ce courant continu en alternatif pour faire fonctionner les appareils domestiques.

Le choix d’un onduleur repose sur plusieurs paramètres qui dépendent des besoins et des usages de l’installation :

la puissance maximale à délivrer, nécessaire pour alimenter les équipements domestiques,

la tension de sortie,

le rendement de conversion,

les variations de la tension de sortie,

la protection contre les décharges et les surcharges,

la consommation à vide (en mode d’attente/standby).

Même lorsqu’il n’y a pas d’appel de puissance, un onduleur consomme de l’énergie à hauteur d’au moins 1 % de sa puissance nominale.

Pour les installations modernes, il est conseillé d’utiliser un onduleur/chargeur avec une pure sinusoïde. Les autres signaux sont à éviter

G Onduleur chargeur signal sinusoïdal


pour les appareils motorisés comme le réfrigérateur, ou le four à micro-ondes, le téléviseur, etc.

À noter également que l’onduleur est nécessaire pour charger les batteries.

Dimensionner son installationAvant de passer commande à un installateur, il faut faire ou faire faire une étude des besoins en énergie électrique. Cette étude va permettre dimensionner son installation au plus juste, pour cela, il est indispensable d’identifi er l’ensemble des équipements élec-triques qui devront être alimentés. Il faut donc relever dans un tableau tous les équipements, leur puissance, leur nombre d’heure de fonctionnement moyen par jour ainsi que le nombre de jours de fonctionnement par an.

120

La puissance est généralement reportée sur les plaques signalétiques des appareils ou sur les notices de constructeur.

Il existe sur le marché des petits appareils qui permettent de mesurer la puissance des équipements électriques, qui sont simples à utiliser et d’un coût modique.

L’objectif de cette étude est de dimensionner les composants de l’ins-tallation solaire :

Le champ de panneaux photovoltaïques,

Le parc de batteries,

L’onduleur, le chargeur et les équipements de sécurité.

Une installation bien dimensionnée permet d’avoir un coût d’investis-sement optimisé, car n’oublions pas que certains composants (batte-ries et panneaux) ont un coût élevé.

Principe de dimensionnement de l’installation

Le dimensionnement consiste à mettre en adéquation :

les besoins de l’usager,

l’énergie récupérable par les panneaux solaires, et

l’énergie stockable par les batteries.

L’usager ne pourra pas disposer de plus d’énergie que celle produite par les panneaux au cours de la journée. Pour avoir une autonomie suffi sante en période de mauvais temps, les batteries sont généra-lement dimensionnées pour avoir une autonomie d’environ une semaine, voire plus en fonction des conditions climatiques.

L’installation sera alors conçue pour fournir l’énergie journalière néces-saire pendant la période la plus défavorable (période hivernale). Mais le dimensionnement doit trouver un compromis entre les besoins d’autonomie et le coût de l’installation.

G Plaque signalétique

GWattmètre


Étapes à suivre pour dimensionner l’installation

Les étapes suivantes sont détaillées par la suite.

Déterminer les besoins énergétiques journaliers dans le cas le plus défavorable (la période où les besoins sont les plus importants).

Calculer le champ de panneaux photovoltaïques nécessaire pour pro-duire les besoins journaliers en considérant l’énergie solaire disponible le mois le plus défavorable, selon la situation géographique du site.

Défi nir des modules photovoltaïques (technologie, tension de fonctionnement…).

Calculer le parc de batteries pour une autonomie donnée (une semaine).

Déterminer le ou les convertisseurs (onduleur, chargeur) pour fournir la puissance nécessaire à l’installation.

Déterminer la puissance du groupe électrogène dans le cas où il y a un besoin d’appoint de secours.

Déterminer le coût du système.

Estimation des besoins journaliers en énergie

Les besoins seront déterminés à partir des équipements électriques domestiques existants ou envisagés. Un travail de recensement des équi-pements et d’identifi cation des puissances ou des consommations nor-malisées est alors réalisé. Puis les consommations – donc les besoins – sont déterminées, soit par calcul à partir de la puissance des appareils et de leur temps d’utilisation (éclairage, télévision, fer à repasser…), soit par relevé des consommations normalisées forfaitaires journalières don-nées par les constructeurs (réfrigérateur, machine à laver…). Ce travail doit aboutir à la consommation journalière optimisée mois par mois.

On ne le dira jamais assez, mais avant de se lancer dans le dimensionne-ment du champ de capteurs, du parc de batteries et de l’onduleur, il est indispensable d’optimiser les besoins d’énergie nécessaires de l’habitation. Le kWh solaire reste cher, il faudra alors privilégier les équipements économes en énergie, même s’ils peuvent coûter plus cher à l’achat. Le coût d’investissement sera moins important car on aura besoin de moins de capteurs et de batteries.

Optimiser ses besoins en énergie

122

Usages Pièces Type d’appareil

Éclairage

séjourampoules LBC

ampoules classiques

cuisinetube fl uo

ampoules LBC

chambre 1ampoules LBC

lampe de chevet

chambre 2 ampoules LBC

salle de bainampoules LBC

lampe halogène

WC ampoules LBC

garage ampoules LBC

Jardin ampoules LBC

Froid domestique Cuisineréfrigérateur

congélateur

Audio-vidéo

salon

télévision

lecteur DVD

chaîne hi-fi

chambre 1 télévision

chambre 2télévision

chaîne hi-fi

Informatique/téléphone

chambre 1 ordinateur bureau

chambreordinateur portable

imprimante

Électroménager Cuisine

four à micro-ondes

aspirateur

cafetière

grille-pain

Diversbox internet

téléphone

G Exemple de bilan d’une habitation de trois pièces

D Ce tableau ainsi que les valeurs sont donnés à titre indicatif. Il est à signaler que certains équipements peu économes sont à proscrire, comme les lampes classiques (à incandescence) où les appareils électroménagers de classe supérieure à A.NC : non communiqué


Nombre d’équipements

Puissance (watts)

Temps de fonctionnement

(heures par jour)

Consommation d’énergie par jour

(wattheure)

3 18 2,0 108

2 60 1,0 120

1 36 2,0 72

2 15 2,0 60

1 15 1,0 15

1 40 1,0 40

1 15 1,5 23

1 15 1,0 15

2 25 1,0 50

1 13 0,5 7

2 15 0,2 6

5 18 2,0 180

1 NC NC 250

1 NC NC 200

1 200 3,0 600

1 30 0,2 6

1 50 0,2 10

1 100 1,5 150

1 50 2,0 100

1 50 0,5 25

1 120 2,0 240

1 20 3,0 60

1 50 0,1 5

1 300 0,2 45

1 150 0,1 8

1 100 0,3 33

1 300 0,2 45

1 30 24,0 720

2 5 24,0 240

Total 3 433 Wh/jour

Mohamed Amjahdi | Jean Lemale


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ISBN 978-2-10-054101-06697775

190 x 220 — 10 mmJean-Christophe Courte | 06 07 653 753 | [email protected]

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Mohamed AMJAHDIet Jean LEMALEsont expertsen énergétique.

www.dunod.com

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