Array ( [type] => 8192 [message] => Directive 'allow_url_include' is deprecated [file] => Unknown [line] => 0 ) L'energie Solaire - Magasine D'actualité

L’utilisation de l’énergie solaire permet d’exploiter le rayonnement global du soleil, qui est disponible de manière quasiment illimitée, après déduction de la part de rayonnement réfléchie.

Chaque kWh utilisé à l’énergie solaire est précieux, car il n’y a pas d’émissions polluantes liées à son fonctionnement. Parallèlement, les ressources limitées en énergies fossiles sont préservées.

L’offre de rayonnement solaire est toutefois spécifique au site et soumise à des variations saisonnières et diurnes. Elle peut être utilisée de manière thermique ou photovoltaïque (électricité).

La qualité de l’utilisation de l’énergie solaire est décrite par le taux de couverture, qui est défini par le rapport entre l’énergie solaire utile et l’énergie requise par le processus au sein d’un bilan énergétique annuel.

Il existe des différences considérables entre le taux de couverture théorique et le taux de couverture réel.

Utilisation de l’énergie solaire thermique

L’utilisation thermique de l’énergie solaire est étroitement et directement liée au stockage de l’énergie et au comportement des utilisateurs (profils de charge).

Utilisation solaire thermique

La particularité réside dans la fluctuation de l’offre de puissance du soleil au cours de la journée.

C’est pourquoi, d’un point de vue physique et technique, l’offre d’énergie ne peut pas être entièrement utilisée.

La part d’énergie non utilisable E1,2 est déterminée entre autres par :

  • le rapport température de départ du capteur/température de soutien (confort)
  • la stratification de la température dans le réservoir.

La part d’énergie non utilisable E3,4 est influencée entre autres par :

  • du comportement de l’utilisateur (décharge du ballon (quantité, profil temporel))
  • la stratification de la température dans l’accumulateur
  • le contenu énergétique de l’accumulateur
  • de la gestion de la recharge.

L’utilisation perd d’autres parts de l’énergie disponible EA en raison de différentes pertes, notamment le rendement du capteur, les pertes de chaleur, l’hydraulique, etc.

Dans les simulations de rendement (logiciel), les aspects de réduction mentionnés ne sont généralement pas ou insuffisamment pris en compte.

Des rendements (taux de couverture) nettement trop élevés sont indiqués, ce qui mine parfois considérablement la rentabilité réelle des installations solaires thermiques (STA).

attention

Les simulations de rendement doivent donc être examinées d’un œil critique et des garanties doivent être exigées pour les prévisions de rendement.

Le cœur d’une STA, ce sont entre autres les capteurs.

Capteurs

Les capteurs doivent être choisis en fonction du dimensionnement de l’installation.

Étant donné que la rentabilité dépend moins du rendement des capteurs que du concept global, les capteurs plats ont particulièrement fait leurs preuves en raison de leur bon rapport qualité-prix.

Outre le champ de capteurs, l’orientation du ciel, l’inclinaison et l’ombre éventuelle revêtent une importance particulière lors de la planification de l’installation.

Comme pour une installation de chauffage, le débit volumétrique est un paramètre de fonctionnement important. Le débit volumétrique dépend beaucoup de l’installation et du concept d’exploitation.

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Selon la configuration de l’installation, différents modes de fonctionnement sont utilisés (« Low-Flow », « High-Flow » ou « Matched-Flow »).

En cas de surdimensionnement des surfaces de capteurs par rapport à la consommation d’énergie possible dans l’accumulateur, il se produit une surchauffe pouvant aller jusqu’à la formation de vapeur (stagnation). Des dommages considérables dus à des contraintes thermiques peuvent en résulter. Le risque de stagnation doit être pris en compte lors du dimensionnement de l’installation.

Volume de stockage

Le volume de stockage nécessaire est indissociable du comportement de l’utilisateur (besoins énergétiques différenciés dans le temps), de l’offre en énergie solaire, de la puissance du champ de capteurs ainsi que de la nécessité de recharger. Il existe deux extrêmes :

  • Accumulateur trop petit
    L’offre d’énergie solaire ne peut être utilisée qu’incomplètement ou seulement en partie.
  • Accumulateur trop grand
    Un réservoir est trop grand lorsqu’il n’atteint pas la température de soutien nécessaire (confort) au cours d’une journée, uniquement grâce à l’apport solaire.

attention

La détermination de la taille optimale de l’accumulateur incombe à l’ensemble du dimensionnement STA.

Problème de recharge

Étant donné que l’offre d’énergie solaire ne suffit pas, en raison de l’évolution journalière et saisonnière, à couvrir entièrement les besoins énergétiques respectifs, un générateur de chaleur primaire est toujours nécessaire (fonctionnement bivalent avec priorité STA).

Une recharge par le générateur de chaleur primaire augmente le niveau d’énergie dans un réservoir, ce qui entrave ou limite l’apport d’énergie solaire (E1,2, E3,4 ) !

Utilisation du solaire thermique uniquement pour la production d’ECS

C’est la forme la plus courante d’utilisation du solaire thermique. Dans ce cas, le générateur de chaleur primaire bénéficie d’un soutien supplémentaire.

Avec l’introduction d’un bâtiment de référence où une STA est prédéfinie, l’EnEV 2009 a entraîné un boom des ventes, indépendamment de la rentabilité réelle.

Ici, seules les surfaces de toit sont utilisées, l’espace nécessaire sur les surfaces de toit existantes étant relativement faible.

solaire2

attention

Seuls un compteur de chaleur et un capteur de rayonnement permettent de vérifier les rendements réels d’une STA dans la pratique. Afin d’éviter les manipulations logicielles, il convient d’utiliser en priorité des compteurs de chaleur étalonnés de fournisseurs tiers.

Le comportement de l’utilisateur (soutirage d’eau chaude, profil de charge temporel) a une influence considérable sur la rentabilité d’une STA avec uniquement un soutien en eau chaude.

Le profil de charge prédominant du soutirage d’eau chaude dans les maisons individuelles et les immeubles d’habitation est caractérisé par une utilisation le matin et surtout le soir, ce qui limite nettement la rentabilité.

attention

Les STA avec appoint d’eau chaude uniquement sont particulièrement rentables pour les utilisations dont le profil de charge est réparti sur la journée, en particulier pour les entreprises commerciales, mais moins pour les maisons individuelles et les habitations collectives.

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Utilisation solaire thermique avec ECS et soutien au chauffage

L’investissement pour une STA avec chauffage d’appoint (HU) est nettement plus élevé que pour le seul chauffage d’appoint.

Le principal effet utile se situe pendant les périodes de transition annuelles. Les surfaces de toitures sont également utilisées, mais l’espace nécessaire est un peu plus important.

Utilisation de l’énergie solaire thermique

attention

Plus les besoins en chauffage du bâtiment sont faibles, plus la contribution solaire potentielle est élevée.

Utilisation solaire thermique

Le contenu énergétique est déterminé par la température la plus basse possible dans le réservoir.

solaire5

attention

L’apport solaire est également déterminé par les paramètres de fonctionnement de l’installation de chauffage (température de retour, débit).

attention

Les installations solaires thermiques doivent être planifiées et dimensionnées avec autant de soin que les installations de chauffage.

Photovoltaïque

Dans le cas du photovoltaïque, l’énergie solaire est d’abord transformée en courant continu au moyen de modules solaires, puis en courant alternatif (50 Hz, 220 V) au moyen d’un onduleur.

Les principaux composants d’une installation photovoltaïque (PVA) sont :

générateur photovoltaïque (plusieurs modules photovoltaïques, boîte de jonction du générateur (avec technique de protection))

Câblage en courant continu

Interrupteur principal DC

Onduleur

Câblage en courant alternatif

Armoire de comptage avec distribution du circuit électrique, compteur de soutirage et d’injection, compteur électrique pour l’utilisation propre de l’électricité et le raccordement à la maison.

Les modules se composent de plusieurs cellules solaires reliées entre elles, en série ou en parallèle, qui sont scellées pour les protéger des influences environnementales.

Le matériau semi-conducteur utilisé est :

silicium monocristallin

silicium polycristallin

silicium amorphe

tellurure de cadmium

cuivre-indium-(gallium-)

Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé.

Les valeurs caractéristiques d’un module solaire sont entre autres :

Tension à vide

Courant de court-circuit

Coefficient de température(TK) pour la variation de puissance (négative)

TK pour la variation de tension en circuit ouvert (négatif)

TK pour la variation du courant de court-circuit (légèrement positif)

Rendement du module

La durée de vie des modules PV est d’au moins 30 ans environ. Les fabricants offrent des garanties de performance d’environ 20 à 25 ans. Elles impliquent que, pendant cette période, la puissance varie de moins de 20 % par rapport à la puissance nominale.

Les onduleurs entraînent des pertes de puissance d’environ 2 à 5 % dues à l’échauffement.

Dans les maisons individuelles/collectives, on utilise en priorité des systèmes connectés au réseau, qui injectent les excédents d’électricité dans le réseau public et les prélèvent sur le réseau en cas de besoin.

Pour pouvoir comparer les modules et les systèmes PV entre eux et faire son choix, il est nécessaire de connaître les cinq principales données de performance :

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Rendement

Puissance nominale

Ratio de performance

Rendement

Le rendement d’une cellule solaire indique la part de la puissance solaire disponible qui peut être convertie en électricité solaire par la cellule photovoltaïque, le module ou l’installation.

Le rendement de l’ensemble de l’installation tient également compte de toutes les autres pertes dues par exemple à l’onduleur ou au câblage.

Rendement

Un échauffement trop important des modules lors de journées d’été chaudes et très ensoleillées entraîne des pertes d’environ 10 %.

Le coefficient de température (CT) indique de combien de pour cent la puissance diminue par degré Celsius. Cette valeur est spécifique au module et se situe en moyenne entre -0,45% par degré Celsius pour les modules photovoltaïques cristallins.

Puissance nominale

Un système PV est caractérisé par sa puissance de crête en watts crête (Wc). Le module fournit cette puissance nominale sous un rayonnement solaire direct et vertical de 1000 W/m² et un spectre solaire défini, à une température de cellule de 25°C.

Le spectre de puissance habituel d’un module se situe entre 10 et 100 Wp.

Selon le type de cellule ou de module, une installation d’une puissance de 1 kWp nécessite une surface de 8 à 22 m².

Ratio de performance

Le ratio de performance (PR) indique le rendement d’un système par rapport au rendement d’un système idéal, sans pertes, de même conception, puissance nominale et emplacement.

Il caractérise l’efficacité énergétique de tous les composants (module, onduleur, câblage, etc.), mais est indépendant du rendement et de l’orientation des modules.

Le PR se situe entre 70 et 80% pour les installations modernes. La différence par rapport à 100% correspond aux pertes dues à l’ombrage, à la pollution, à la neige ou à la surchauffe.

Comme pour les installations solaires thermiques, l’orientation du ciel et l’inclinaison des modules sont importantes.

Outre les surfaces de toit, les façades peuvent également être utilisées pour la pose de modules PV. L’espace nécessaire est plus important que pour l’exploitation solaire thermique.

Il est préférable de monter les modules en hauteur afin d’éviter un réchauffement excessif en été (ventilation, rendement).

Ratio de performance

L’électricité est la source d’énergie la plus polyvalente. Contrairement à l’utilisation solaire thermique, les consommateurs et les processus les plus divers peuvent être pris en compte ou alimentés.

attention

D’un point de vue économique, l’utilisation de l’APV est généralement nettement supérieure à l’utilisation de l’AST dans les maisons individuelles/collectives !

attention

Les installations avec utilisation de l’énergie solaire doivent être planifiées et dimensionnées avec soin et dans les règles de l’art, en fonction des résultats de l’étude de base.

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