Panneaux solaires pour le chauffage et l'électrification de la maison

Profondeur de latitude et de longitude du problème

Imaginez que vous êtes un scientifique. Vous tombez sur un article intéressant, mais les résultats/expériences ne peuvent pas être reproduits dans un laboratoire. Il est logique d'écrire à ce sujet aux auteurs de l'article original, de demander conseil et de poser des questions de clarification. Selon l'enquête, moins de 20 % l'ont déjà fait dans leur carrière scientifique !

Les auteurs de l'étude notent que de tels contacts et conversations sont peut-être trop difficiles pour les scientifiques eux-mêmes, car ils révèlent leur incompétence et leur incohérence sur certaines questions ou révèlent trop de détails sur le projet en cours.

De plus, une minorité absolue de scientifiques a tenté de publier des réfutations de résultats non reproductibles, tout en faisant face à l'opposition des éditeurs et des critiques qui ont exigé que la comparaison avec l'étude originale soit minimisée. Faut-il s'étonner que la probabilité de rapporter des résultats scientifiques non reproductibles soit d'environ 50 %.

Première question : Avez-vous essayé de reproduire les résultats de l'expérience ?

Deuxième question : Avez-vous essayé de publier votre tentative de reproduire les résultats ?

Peut-être vaut-il alors la peine à l'intérieur du laboratoire d'effectuer au moins un test de reproductibilité ? Le plus triste est qu'un tiers des personnes interrogées n'ont même JAMAIS pensé à créer des méthodes pour vérifier la reproductibilité des données. Seuls 40% ont indiqué qu'ils utilisent régulièrement de telles techniques.

Question : Avez-vous déjà développé des techniques/procédés technologiques spéciaux pour améliorer la reproductibilité des résultats ?

Dans un autre exemple, une biochimiste du Royaume-Uni, qui n'a pas souhaité être identifiée, dit qu'essayer de reproduire le travail pour son projet de laboratoire double simplement le temps et l'argent, sans ajouter ou ajouter quoi que ce soit de nouveau au travail. Des contrôles supplémentaires sont effectués uniquement pour les projets innovants et les résultats inhabituels.

Et bien sûr, les questions russes séculaires qui ont commencé à torturer les collègues étrangers : qui est à blâmer et que faire ?

De quoi sont faites les cellules solaires de première génération ?

Structurellement, ces modules se composent des éléments suivants :

• tôle de base - contact de base ;
• la couche additive inférieure d'un semi-conducteur de silicium avec une prédominance d'électrons de type n - en raison de l'ajout de phosphore ;
• la couche cristalline supérieure saturée d'électrons de type p - généralement par dopage au bore;
• revêtement antireflet - pour maximiser l'absorption des radiations;
• contact de type grille métallisée mince avec un fil pour fermer le réseau;
• verre de protection épais - généralement trempé pour usage intensif ;
• cadre d'encadrement.

L'épaisseur des tranches de silicium monocristallin Mono-Si ou polycristallin Poli-Si dans les cellules est d'environ 200 à 300 µm. La durée de vie est estimée à 20-25 ans, avec une baisse de productivité de 0,5% en moyenne par an. L'efficacité dans des conditions d'éclairage idéales atteint 22-24% et diminue fortement à des températures élevées ou une baisse partielle de l'éclairage.

Le principe d'utilisation de l'énergie solaire

Souvent, face à la nécessité d'installer des panneaux solaires, une personne s'interroge sur la faisabilité de l'entreprise. Parce que dans la plupart des cas, le pourcentage de jours ensoleillés perd de manière significative la même valeur que les jours nuageux.

Un rapport similaire est typique pour les régions de la zone médiane et le climat des régions du nord se caractérise par un nombre encore plus élevé de jours nuageux.

Le nombre insuffisant de jours ensoleillés est directement lié à l'efficacité des appareils qui traitent l'énergie du corps terrestre. Cela réduit la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la batterie. Ce processus est appelé insolation.

Son essence réside dans le fait que tout avion, quel que soit son objectif, absorbe une certaine quantité d'énergie solaire. Dans les régions du sud, ce nombre est naturellement plus élevé, ce qui rend l'installation de panneaux solaires plus pertinente.

Cependant, comme le montre la pratique, le marché des équipements technologiques dans le domaine de la synthèse d'énergie solaire améliore constamment ses produits, de sorte que les cellules photovoltaïques modernes des panneaux solaires fonctionnent parfaitement même dans les zones à faible ensoleillement.

Types de cellules solaires au silicium

Polycristallin

L'élément principal de tels panneaux sont des éléments semi-conducteurs de structure polycristalline. Ils sont beaucoup moins chers que les monocristallins, car ils sont essentiellement fabriqués à partir de chutes d'éléments monocristallins. Au cours du processus de fabrication, l'alliage de silicium est simplement refroidi sans autre traitement.

L'efficacité des cellules solaires polycristallines est en moyenne de 12 à 18 %, tandis que l'efficacité des cellules solaires monocristallines atteint 22 %. Cependant, étant donné le prix inférieur, vous pouvez acheter un peu plus de panneaux et obtenir le même "échappement" pour le même prix que les monocristaux. Ceci n'est possible que s'il y a beaucoup d'espace sur le toit. De plus, les polycristaux diffèrent des monocristaux par l'hétérogénéité de la gamme de couleurs.

Combien coûtent les panneaux solaires polycristallins ? Moyenne 3500 roubles pour 100 W (tout dépend du fabricant). L'une des batteries polycristallines les moins chères est Vostok Pro FSM 150 P avec une puissance de 150 watts.

Monocristallin

Pour les panneaux solaires monocristallins, un monocristal est spécialement développé selon la méthode Czochralski. Ensuite, un panneau entier d'une certaine puissance est assemblé à partir de plusieurs cellules de silicium. Le plus souvent, le panel est composé de 36 ou 72 modules. L'efficacité des panneaux monocristallins est bien supérieure à celle des panneaux polycristallins et est d'environ 18 à 22 %.

En raison de cette caractéristique, à taille égale, les monocristaux convertissent plus d'énergie solaire que les polycristallins. Quels panneaux solaires sont les meilleurs : polycristallins ou monocristallins ? Tout dépend du budget. S'il est possible de dépenser un peu plus, cela vaut la peine d'acheter des monocristaux, qui ont un retour sur investissement plus rapide. De plus, les batteries monocristallines seront préférables si la surface du toit est relativement petite. La durée de vie moyenne est de 25 ans.

Si vous voulez faire des économies et que vous n'avez besoin que d'une batterie solaire pour alimenter un réfrigérateur ou une station de pompage à la campagne, alors vous pouvez prendre un modèle polycristallin.

amorphe

Les batteries amorphes sont constituées d'hydrogène de silicium (SiH4), qui est produit en appliquant un courant électrique au silicium. En conséquence, le silicium s'évapore, puis une fine couche se dépose sur le substrat.

L'efficacité des panneaux amorphes est à peu près la même que celle des panneaux polycristallins. Cependant, les modèles amorphes présentent certains avantages. Par exemple, ils peuvent générer de l'électricité même par temps nuageux, sous la pluie, lorsqu'il y a une forte concentration de poussière dans l'air, ou pendant le coucher/l'aube.

Efficacité

Pour utiliser l'énergie solaire pour chauffer une maison privée, il sera beaucoup plus facile d'assembler un circuit à partir de capteurs - mais ce n'est pas toujours possible, vous devez donc envisager d'autres options. Par exemple, il se peut que le site dispose déjà d'un système de panneaux solaires en état de marche qui ne sert qu'à alimenter la maison en électricité et en eau chaude.

Acquérir de nouveaux équipements dans de telles conditions sera trop peu rentable en raison de son coût élevé.Pour assurer le chauffage de la maison avec des panneaux solaires, la meilleure solution serait d'augmenter la puissance du système de modules. L'option la plus simple consiste à acheter quelques panneaux de silicium supplémentaires et à les connecter à un système de chaudière électrique.

Une bonne distribution de l'énergie électrique fournira à la fois un système d'alimentation en eau chaude et un circuit de chauffage. Il faudra beaucoup de panneaux solaires pour avoir assez de puissance pour tout - les bâtiments autonomes qui n'utilisent que l'énergie solaire sont généralement entièrement recouverts de panneaux photovoltaïques. La puissance des panneaux solaires doit être calculée à l'avance. Souvent, il est nécessaire de compléter la structure supplémentaire sur laquelle les panneaux seront installés.

Il est impossible de déterminer l'efficacité d'un système solaire avant de l'utiliser, donc tous les calculs ne sont qu'approximatifs. La complexité des calculs préliminaires est due au fait qu'il existe de nombreux facteurs dont l'influence sur l'efficacité de la collecte d'énergie ne peut pas être calculée. Bien sûr, si vous avez une certaine expérience, vous pouvez faire un calcul plus ou moins précis, mais seuls les professionnels spécialisés dans la conception et l'installation de systèmes solaires ont une telle expérience.

Les facteurs suivants ont la plus grande influence sur l'efficacité du système :

• Instabilité météorologique - il est impossible de déterminer à l'avance le nombre de jours ensoleillés même dans les régions ensoleillées, sans parler des régions du nord ;
• Une consommation d'énergie instable, qui dépend également de la situation géographique du bâtiment qui reçoit la chaleur et l'électricité du soleil ;
• La possibilité d'une défaillance du système - la complexité de la conception indique qu'elle tombera souvent en panne et, dans certains cas, il est difficile de déterminer le dysfonctionnement.

À qui convient une centrale solaire domestique ?

1. Pour ceux qui n'ont pas d'électricité dans la région. Des batteries solaires pourront alimenter l'installation en électricité de manière autonome. Alternativement, vous pouvez également envisager une éolienne (pour laquelle il doit y avoir une rose des vents appropriée) ou un générateur diesel (qui n'est pas très pratique à utiliser et peu économique).
2. Aussi, une station solaire peut être considérée comme un investissement afin de payer moins cher l'électricité à l'avenir dans un contexte de tarifs toujours plus élevés. De plus, la durée de vie de la batterie est très longue et le soleil brille toujours.
3. Et la dernière option est pour tous ceux qui veulent gagner de l'argent. En Ukraine, il existe une loi sur le tarif de rachat, selon laquelle l'État achète l'électricité produite à l'aide de sources d'énergie alternatives à un prix spécial.

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Comment calculer la puissance d'une centrale solaire

Vous devez partir de la quantité d'électricité dont vous avez besoin pour le fonctionnement normal du bâtiment. Le moyen le plus simple est d'écrire tous les e-mails. appareils que vous prévoyez d'utiliser, leur durée de fonctionnement et leur consommation électrique.

Exemple:

• Réfrigérateur : 100W - 24h - 2400W
• Eclairage : 100W - 5h - 500W
• Bouilloire : 15min - 1.5kW - 0.03kW
• Machine à laver:
• Carnet:
• …
• Total : 3 kW

3 kW, c'est la puissance qu'une centrale solaire doit produire pour que le bâtiment fonctionne normalement. Ceux. vous aurez besoin de 12 panneaux d'une puissance de 260W chacun. En pratique, leur productivité sera plus élevée (avec un coefficient d'activité solaire de 4,5, la puissance journalière de la station sera de 14 kW), mais on part du scénario le plus pessimiste, dans lequel chaque jour est nuageux. Gardez également à l'esprit que si vous n'êtes pas connecté au tarif de rachat ou si vous ne stockez pas d'énergie pour la batterie, l'excédent s'épuisera.

Si vous installez une centrale solaire pour gagner de l'argent sur un tarif de rachat, vous pouvez commencer avec n'importe quelle capacité et l'augmenter progressivement.

Batterie solaire ou générateur avec moteur à combustion interne

Objectivement, le générateur présente deux avantages principaux - sa taille et sa capacité à fonctionner pleinement non seulement par temps clair. Mais loin d'être toujours, ces caractéristiques sont déterminantes, et dans tous les autres aspects, les panneaux solaires l'emportent clairement :

Le point le plus important, auquel on prête généralement attention en premier lieu, est le coût initial de l'équipement, qui est en réalité environ 2 fois plus élevé pour les panneaux solaires. Mais même ici, si vous le comprenez, le générateur doit être réglé sur un moins - il suffit de regarder le coût de production d'un kW / h

Nous prenons le coût initial de l'équipement + le coût de la maintenance + le coût du carburant et divisons le tout par la quantité d'électricité générée pendant la durée de vie déclarée. De ce fait, pour un groupe électrogène et des panneaux solaires de puissance approximativement égale, le rapport du coût de production d'un kilowatt sera d'environ 1/2,5 en faveur de ce dernier. Bien sûr, ce sont des calculs très approximatifs, mais le fait est que les panneaux solaires sont des investissements maintenant, mais des économies tangibles à l'avenir.

Un exemple de schéma de raccordement pour un kit avec un générateur de gaz

Durée de vie des panneaux solaires

Pour évaluer les avantages, vous devez déterminer la durée de vie des panneaux et s'ils devront être changés après la fin de la période de garantie. Il y a plusieurs fonctionnalités à considérer ici :

1. Les options monocristallines et polycristallines sont les plus durables.En 25 ans d'utilisation, ils ne perdent pas plus de 10% de leur capacité. Mais même plus loin, la baisse de puissance est insignifiante, au cours des 10 à 15 prochaines années, environ la même quantité est perdue. Autrement dit, nous pouvons affirmer avec certitude que la durée de vie de ces options est de 35 à 40 ans, voire plus.
2. Les options à couche mince ont une durée de vie beaucoup plus courte - 10 à 20 ans. De plus, pendant les 2 premières années, la perte de capacité peut être de 10 à 30 %, la plupart des fabricants prévoient une réserve de marche pour compenser ce problème. À l'avenir, les pertes ne sont pas si importantes.
3. Pour augmenter la durée de vie, il faut éviter d'endommager les pièces du système. Coupez les branches des arbres rapprochés, lavez la surface au moins plusieurs fois par saison. Vérifiez la fiabilité de la fixation et des contacts afin qu'ils ne surchauffent pas.
4. Tenez compte du coût de remplacement des autres éléments du système. Ainsi, les batteries rechargeables durent généralement de 6 à 10 ans (les plus fiables - 15 ans), l'électronique de puissance a une ressource d'environ 10 à 12 ans. Le coût de remplacement de ces nœuds est également assez important et cela doit être pris en compte lors du calcul du retour sur investissement.

Les panneaux solaires doivent être lavés périodiquement pour éviter qu'ils ne soient endommagés par les branches d'arbres.

Lors du choix de panneaux solaires pour votre maison, il est préférable de privilégier les options monocristallines et polycristallines fiables et éprouvées. Les modules de haute qualité dureront environ 40 ans, tandis que la perte de puissance pendant cette période sera d'environ 20 %.

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Le principe de fonctionnement de la batterie solaire

L'appareil est conçu pour convertir directement les rayons du soleil en électricité.Cette action s'appelle l'effet photoélectrique. Les semi-conducteurs (tranches de silicium), qui sont utilisés pour fabriquer des éléments, ont des électrons chargés positifs et négatifs et se composent de deux couches, la couche n (-) et la couche p (+). Les électrons en excès sous l'influence de la lumière du soleil sont expulsés des couches et occupent des places vides dans une autre couche. Cela provoque un mouvement constant des électrons libres, se déplaçant d'une plaque à l'autre, générant de l'électricité qui est stockée dans la batterie.

Le fonctionnement d'une batterie solaire dépend en grande partie de sa conception. Les cellules solaires étaient à l'origine fabriquées à partir de silicium. Ils sont toujours très populaires, mais comme le processus de purification du silicium est plutôt laborieux et coûteux, des modèles avec des photocellules alternatives à base de composés de cadmium, de cuivre, de gallium et d'indium sont en cours de développement, mais ils sont moins productifs.

L'efficacité des panneaux solaires a augmenté avec le développement de la technologie. Aujourd'hui, ce chiffre est passé d'un pour cent, enregistré au début du siècle, à plus de vingt pour cent. Cela nous permet aujourd'hui d'utiliser des panneaux non seulement pour les besoins domestiques, mais aussi pour la production.

Caractéristiques

Le dispositif de batterie solaire est assez simple et se compose de plusieurs composants :

Directement cellules solaires / panneau solaire ;

Un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif ;

Contrôleur de niveau de batterie.

L'achat de batteries pour panneaux solaires doit être basé sur les fonctions requises. Ils stockent et distribuent l'électricité. Le stockage et la consommation se produisent tout au long de la journée et la nuit, la charge accumulée n'est consommée.Ainsi, il y a un approvisionnement constant et continu en énergie.

Une charge et une décharge excessives de la batterie réduiront sa durée de vie utile. Le contrôleur de charge de la batterie solaire suspend automatiquement l'accumulation d'énergie dans la batterie lorsqu'elle a atteint ses paramètres maximum et éteint la charge de l'appareil lorsqu'elle est fortement déchargée.

(Tesla Powerwall - une batterie de panneaux solaires de 7 kW - et recharge à domicile pour les véhicules électriques)

L'onduleur de réseau pour panneaux solaires est l'élément de conception le plus important. Il convertit l'énergie reçue des rayons du soleil en courant alternatif de différentes capacités. En tant que convertisseur synchrone, il combine la tension de sortie du courant électrique en fréquence et en phase avec un réseau stationnaire.

Les photocellules peuvent être connectées aussi bien en série qu'en parallèle. Cette dernière option augmente les paramètres de puissance, de tension et de courant et permet à l'appareil de fonctionner même si un élément perd sa fonctionnalité. Des modèles combinés sont créés en utilisant les deux schémas. La durée de vie des plaques est d'environ 25 ans.

Caractéristiques générales et disponibilité d'achat

L'équipement ne nuit pas à l'environnement et fournit une alimentation stable sans surtension. Et, plus important encore, il fournit de l'énergie gratuite : pour laquelle les factures de services publics ne viennent pas.

L'apparence des panneaux solaires a peu changé après leur invention, ce qui n'est pas le cas du "rembourrage" interne

Le module solaire convertit la lumière en énergie électrique en générant du courant continu. La surface des panneaux peut atteindre plusieurs mètres. Lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la puissance du système, augmentez le nombre de modules.Leur efficacité dépend de l'intensité de l'ensoleillement et de l'angle d'incidence des rayons : du lieu, de la saison, des conditions climatiques et de l'heure de la journée. Pour bien prendre en compte toutes ces nuances, l'installation doit être réalisée par des professionnels.

Type de module :

Monocristallin.

Composé de cellules en silicone qui convertissent l'énergie solaire. Différence dans les tailles compactes. En termes de performances, c'est jusqu'à récemment la batterie solaire la plus efficace (rendement jusqu'à 22%) pour la maison. Un ensemble (son prix est l'un des plus chers) coûtera à partir de 100 000 roubles.

Polycristallin.

Ils utilisent du silicium polycristallin. Ils ne sont pas aussi efficaces (jusqu'à 18 % d'efficacité) que les cellules solaires monocristallines. Mais leur coût est beaucoup plus faible, ils sont donc accessibles à la population générale.

Amorphe.

Ils ont des cellules solaires à base de silicium à couche mince. Ils sont inférieurs aux mono et polycristaux en termes de génération d'énergie, mais ils sont également moins chers. Leur avantage est la capacité de fonctionner en lumière diffuse et même faible.

Hétérostructurel.

Modules solaires modernes et les plus efficaces aujourd'hui, avec une efficacité de 22 à 25 % (sur toute la durée de vie !). Ils fonctionnent efficacement aussi bien par temps nuageux qu'à des températures élevées).

En Russie, le seul fabricant de modules pour cette technologie est la société Hevel, qui est l'un des cinq fabricants mondiaux produisant des modules solaires à hétérostructure.

En 2016, le centre R&D de l'entreprise a breveté sa propre technologie de création de modules hétérostructuraux et la développe activement.

Panneaux solaires Hevel

Le système comprend également les composants suivants :

• Un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif.
• Batterie d'accumulateurs. Il accumule non seulement de l'énergie, mais nivelle également les chutes de tension lorsque le niveau de lumière change.
• Contrôleur pour la tension de charge de la batterie, le mode de charge, la température et d'autres paramètres.

Dans les magasins, vous pouvez acheter à la fois des composants individuels et des systèmes complets. Dans ce cas, la puissance des appareils est déterminée en fonction des besoins spécifiques.

Quelle capacité prendre une batterie solaire ?

Cela dépend aussi des besoins de l'utilisateur. Pour une alimentation électrique autonome de toute la maison, cela n'a aucun sens de prendre moins de 1000 watts. Et si vous avez besoin d'alimenter le système de chauffage du pays, vous avez théoriquement besoin d'un kit d'une capacité allant jusqu'à 10 kW. Cependant, il convient de rappeler qu'un tel panneau solaire coûtera beaucoup d'argent. Un seul module solaire (même les moins chers sans contrôleur, onduleur et autres composants) d'une capacité de 10 kW coûtera au moins 300 000 roubles. Par conséquent, ces batteries peuvent être considérées comme une source d'énergie supplémentaire, mais pas comme la principale.

Si vous avez besoin d'un panneau solaire pour alimenter votre réfrigérateur et votre téléviseur, un panneau de 500 W suffira. Par exemple, vous pouvez prendre deux modules solaires polycristallins One-Sun 250P, qui ne vous coûteront que 16 500 roubles.

Si vous n'avez jamais utilisé de panneaux solaires, nous vous recommandons d'acheter un petit panneau pliable de faible puissance pour votre téléphone ou votre tablette.