Méthodes de chauffage solaire d'une maison privée

Le principe de fonctionnement d'une centrale solaire à la maison

Une centrale solaire est un système composé de panneaux, d'un onduleur, d'une batterie et d'un contrôleur. Le panneau solaire transforme l'énergie rayonnante en électricité (comme mentionné ci-dessus). Le courant continu entre dans le contrôleur, qui distribue le courant aux consommateurs (par exemple, un ordinateur ou un éclairage).Un onduleur convertit le courant continu en courant alternatif et alimente la plupart des appareils électroménagers. La batterie stocke de l'énergie qui peut être utilisée la nuit.

Description de vidéo

Un bon exemple de calcul montrant combien de panneaux sont nécessaires pour fournir une alimentation électrique autonome, voir cette vidéo :

Comment l'énergie solaire est utilisée pour produire de la chaleur

Les systèmes solaires sont utilisés pour le chauffage de l'eau et le chauffage domestique. Ils peuvent fournir de la chaleur (à la demande du propriétaire) même lorsque la saison de chauffage est terminée, et alimenter la maison en eau chaude gratuitement. Le dispositif le plus simple consiste en des panneaux métalliques installés sur le toit de la maison. Ils accumulent de l'énergie et de l'eau chaude, qui circule à travers des tuyaux cachés sous eux. Le fonctionnement de tous les systèmes solaires est basé sur ce principe, malgré le fait qu'ils peuvent être structurellement différents les uns des autres.

Les capteurs solaires sont constitués de :

• réservoir de stockage;
• station de pompage;
• manette
• canalisations ;
• raccords.

Selon le type de construction, on distingue les capteurs plats et sous vide. Dans le premier cas, le fond est recouvert d'un matériau calorifuge et le liquide circule dans des tuyaux en verre. Les collecteurs sous vide sont très efficaces car les pertes de chaleur sont réduites au minimum. Ce type de collecteur fournit non seulement le chauffage solaire d'une maison privée - il est pratique de l'utiliser pour les systèmes d'eau chaude et le chauffage des piscines.

Le principe de fonctionnement du capteur solaire

Fabricants populaires de panneaux solaires

Le plus souvent, les produits de Yingli Green Energy et Suntech Power Co. se trouvent sur les étagères.Les panneaux HiminSolar (Chine) sont également populaires. Leurs panneaux solaires produisent de l'électricité même par temps de pluie.

La production de batteries solaires a également été établie par un fabricant national. Les entreprises suivantes le font :

• Hevel LLC à Novocheboksarsk;
• "Telecom-STV" à Zelenograd ;
• Sun Shines (Autonomous Lighting Systems LLC) à Moscou ;
• JSC "Usine Ryazan de dispositifs métallo-céramiques" ;
• CJSC "Termotron-zavod" et autres.

Vous pouvez toujours trouver une option appropriée pour le prix. Par exemple, à Moscou, pour des panneaux solaires pour une maison, le coût variera de 21 000 à 2 000 000 de roubles. Le coût dépend de la configuration et de la puissance des appareils.

Les panneaux solaires ne sont pas toujours plats - il existe un certain nombre de modèles qui concentrent la lumière en un point

Étapes d'installation de la batterie

1. Pour installer les panneaux, l'endroit le plus éclairé est choisi - le plus souvent, ce sont les toits et les murs des bâtiments. Pour que l'appareil fonctionne aussi efficacement que possible, les panneaux sont montés à un certain angle par rapport à l'horizon. Le niveau d'obscurité du territoire est également pris en compte : les objets environnants pouvant créer une ombre (bâtiments, arbres, etc.)
2. Les panneaux sont installés à l'aide de systèmes de fixation spéciaux.
3. Ensuite, les modules sont connectés à la batterie, au contrôleur et à l'onduleur, et l'ensemble du système est ajusté.

Pour l'installation du système, un projet personnel est toujours développé, qui prend en compte toutes les caractéristiques de la situation : comment les panneaux solaires seront installés sur le toit de la maison, prix et conditions. Selon le type et l'étendue des travaux, tous les projets sont calculés sur une base individuelle. Le client accepte le travail et reçoit une garantie pour celui-ci.

L'installation des panneaux solaires doit être effectuée par des professionnels et dans le respect des mesures de sécurité.

En conséquence - les perspectives de développement des technologies solaires

Si sur Terre le fonctionnement le plus efficace des panneaux solaires est entravé par l'air, qui dans une certaine mesure disperse le rayonnement du Soleil, alors dans l'espace il n'y a pas un tel problème. Les scientifiques développent des projets de satellites géants en orbite avec des panneaux solaires qui fonctionneront 24 heures sur 24. À partir d'eux, l'énergie sera transmise aux dispositifs de réception au sol. Mais c'est une question d'avenir, et pour les batteries existantes, les efforts sont orientés vers l'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction de la taille des appareils.

3 types principaux

Les grandes installations sont capables de fournir de l'électricité à toute la maison et, si nécessaire, de la chauffer complètement. Mais cela ne s'applique qu'aux petits chalets privés, ils ne pourront pas chauffer les bâtiments à plusieurs étages.

Quant à l'équipement, il peut varier selon les modèles. En règle générale, l'ensemble de base comprend:

• capteur solaire sous vide;
• un contrôleur spécial qui surveille l'efficacité du travail ;
• une pompe avec laquelle le liquide de refroidissement est alimenté ;
• un réservoir d'un volume de 500 à 1000 litres pour l'eau chaude;
• chauffage électrique ou pompe à chaleur.

Avant d'installer des capteurs, il est nécessaire de calculer la puissance dont ils ont besoin pour satisfaire pleinement tous les besoins. Lors du calcul, il convient de prendre en compte la superficie d'une maison privée, le nombre de personnes vivant, ainsi que la consommation d'énergie. Par exemple, pour une petite famille de trois personnes, en moyenne, de 200 à 500 W/m² seront nécessaires par mois.

Si vous envisagez de fournir de l'eau chaude à une maison, les coûts énergétiques augmenteront.Pour plus d'efficacité, vous pouvez créer une version combinée du système de chauffage. Dans ce cas, les ménages seront assurés et ne seront pas laissés sans chauffage en cas d'urgence et d'imprévus.

Chauffage à faire soi-même dans une maison privée: la meilleure option

Dans le schéma de chauffage à la vapeur d'une maison résidentielle à un ou deux étages, il y a une chaudière de chauffage, des radiateurs et un circuit fermé de tuyaux à travers lequel circule un liquide chauffé à une certaine température (antigel, eau). Pour un bâtiment à un étage, le système de gravité le plus simple convient, dont le principe de fonctionnement est basé sur les lois de la physique.

Dans celui-ci, le liquide de refroidissement circule par gravité grâce à la pression hydraulique obtenue par la combinaison :

• tuyaux de différents diamètres;
• inclusion dans le circuit d'un vase d'expansion de type fermé (expansomat) ou ouvert;
• différence de hauteur entre les canalisations de retour (retour) et directes (alimentation).

Pour les maisons d'une grande surface de n'importe quel nombre d'étages (1-2 étages), un schéma de chauffage à circulation forcée est choisi:

• pompe;
• vase d'expansion de tout type, installé à proximité d'une chaudière à combustible solide (type membrane) ou en tête de circuit de chauffage (ouvert).

Système de chauffage du collecteur

L'efficacité et le rendement les plus élevés peuvent être obtenus en installant des capteurs au lieu de modules solaires - 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.

Version plate pour le bricolage

La conception des installations plates est si simple que des artisans expérimentés assemblent de leurs propres mains des analogues artisanaux, achètent certaines des pièces dans un magasin spécialisé et en construisent certaines à partir de matériaux improvisés.

À l'intérieur d'une boîte isotherme en acier ou en aluminium, une plaque est fixée qui absorbe la chaleur solaire. Le plus souvent, il est recouvert d'une couche de chrome noir. D'en haut, le dissipateur thermique est protégé par un couvercle transparent hermétique.

L'eau est chauffée dans des tubes posés dans un serpent et reliés à la plaque. L'eau ou l'antigel pénètre dans la boîte par le tuyau d'entrée, se réchauffe dans les tubes et se déplace vers la sortie - vers le tuyau de sortie.

La transmission lumineuse du couvercle est due à l'utilisation d'un matériau transparent - verre trempé durable ou plastique (par exemple, polycarbonate). Pour éviter que les rayons du soleil ne se reflètent, la surface en verre ou en plastique est mate (+)

Il existe deux types de connexion, monotube et bitube, il n'y a pas de différence fondamentale dans le choix. Mais il y a une grande différence dans la manière 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 déplacement de l'eau; selon le principe du chauffage, elle ressemble à un récipient pour une douche d'été.

Le fonctionnement de la deuxième option est dû au raccordement d'une pompe de circulation, qui fournit le liquide de refroidissement de manière forcée. Le système d'énergie solaire peut devenir une source d'énergie pour le fonctionnement des équipements de pompage.

La température du liquide de refroidissement lorsqu'il est chauffé par un capteur solaire atteint 45-60 ºС, à la sortie l'indicateur maximum est de 35-40 ºС.Pour augmenter l'efficacité du système de chauffage, avec les radiateurs, des «planchers chauds» sont utilisés (+)

Collecteurs tubulaires - une solution pour les régions du nord

Le principe général de fonctionnement ressemble au fonctionnement des homologues plats, mais avec une différence - les tubes d'échange de chaleur avec le liquide de refroidissement se trouvent à l'intérieur des flacons en verre. Les tubes eux-mêmes sont en plume, scellés d'un côté et ressemblant à des plumes en apparence, et coaxiaux (sous vide), insérés l'un dans l'autre et scellés des deux côtés.

Les échangeurs de chaleur sont également différents :

• un système de conversion de l'énergie solaire en énergie thermique Heat-pipe ;
• un tube conventionnel pour déplacer un 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 Heat-pipe ne fait pas partie d'un segment entier, il peut donc être changé en 2-3 minutes. Les éléments coaxiaux défectueux sont réparés en retirant simplement la fiche et en remplaçant le canal endommagé.

Un schéma expliquant la nature cyclique du processus de chauffage à l'intérieur des tubes à vide : le liquide froid s'échauffe et s'évapore sous l'influence de la chaleur solaire, laissant la place à la portion suivante du fluide caloporteur froid (+)

Après avoir analysé les caractéristiques techniques des collecteurs de différents types et résumé l'expérience de leur utilisation, nous avons décidé que les collecteurs plats conviennent mieux aux régions du sud et les collecteurs tubulaires aux régions du nord. Les installations avec le système Heat-pipe ont fait leurs preuves particulièrement bien dans les climats rigoureux. Ils ont une capacité de chauffage même les jours nuageux et la nuit, "se nourrissant" d'une quantité minimale de lumière solaire.

Un exemple de schéma standard de raccordement des capteurs solaires à l'équipement de la chaudière: une station de pompage assure la circulation de l'eau, un contrôleur régule le processus de chauffage

Augmenter l'efficacité des modules solaires

L'efficacité des systèmes solaires peut être améliorée en utilisant l'une des méthodes suivantes :

1. Modification de l'emplacement des modules. Parfois, pour augmenter l'efficacité, il suffira de positionner correctement les modules par rapport au vecteur de directivité des rayons solaires. Cela nécessite généralement de déployer tous les modules vers le sud. Si la journée dans la région est longue, vous pouvez également utiliser les surfaces orientées vers l'est et l'ouest - il y a aussi suffisamment de lumière qui est convertie en énergie.
2. Modification de l'angle d'inclinaison. La documentation des modules indique toujours l'angle d'inclinaison recommandé auquel l'efficacité du système sera maximale. En pratique, cette valeur peut varier considérablement en fonction de la situation géographique et d'autres caractéristiques individuelles.
3. Sélection d'un emplacement pour l'installation. Le plus souvent, les modules solaires sont installés sur le toit d'un bâtiment - c'est l'option la plus simple, la plus abordable et la plus évidente, mais pas la plus efficace. Le mieux est de préparer à l'avance une base pivotante et d'y installer les panneaux afin que les appareils suivent les rayons du soleil lors de leurs déplacements.

Le dernier point mérite une attention particulière. Bien sûr, les modules installés sur le toit ne sont pas inutiles - après tout, il n'y a pas d'obstacles pour les rayons du soleil dans ce cas, ils atteignent donc facilement l'appareil et sont convertis en type d'énergie requis.

Le problème est que la disposition des modules perpendiculaires aux rayons solaires a une efficacité maximale sur une courte période de temps.

Les dispositifs rotatifs qui suivent la direction actuelle des faisceaux vous permettent de vous débarrasser de ces problèmes. Certes, de tels dispositifs ont également des côtés négatifs - en particulier, nous parlons du coût extrêmement élevé des systèmes rotatifs. De plus, dans certains cas, l'acquisition de tels équipements n'affecte en rien l'efficacité du système - par exemple, si les conditions climatiques n'ont pas été correctement prises en compte. Les coûts dans ce cas seront totalement inappropriés.

Selon des calculs approximatifs, pour que les éléments rotatifs soient rentables, leur nombre doit être d'au moins huit. Bien sûr, vous pouvez utiliser un plus petit nombre de modules (environ 3-4), mais ils ne seront un achat rentable que si vous les connectez directement à la pompe à eau, dans d'autres cas, l'augmentation de l'efficacité sera insignifiante.

Calcul de l'efficacité énergétique des panneaux solaires

Lors du calcul de la surface requise des panneaux solaires, il faut tenir compte du fait qu'un mètre carré d'un tel équipement donnera environ 120 watts à votre réseau. Promenez-vous maintenant dans votre maison et estimez la puissance de vos appareils et équipements électroménagers. Il serait également raisonnable d'estimer combien d'économies d'énergie peuvent être obtenues en remplaçant certains appareils par des appareils économes en énergie. Après cela, vous pouvez commencer à calculer le nombre et la surface requis de panneaux solaires, en essayant de prendre en compte le temps d'activité solaire dans votre région.

Chauffer une maison privée à l'énergie solaire

En plus d'extraire l'électricité de l'énergie solaire, notre luminaire peut très bien chauffer votre maison. Bien sûr, vous pouvez utiliser le moyen le plus simple et connecter le système de chauffage électrique aux panneaux solaires. Mais très probablement, ce sera plutôt inefficace, surtout compte tenu du nombre peu élevé de jours ensoleillés par an à nos latitudes.

Il serait préférable de combiner un système de production d'électricité à l'aide de panneaux solaires et un système de chauffage autonome basé sur le chauffage du liquide avec de la chaleur solaire, qui pénètre ensuite dans les radiateurs de chauffage de votre maison.

Comment fonctionne le chauffage solaire

Les capteurs de chauffage seront le maillon clé d'un tel système de chauffage solaire autonome. Il s'agit d'appareils spécialisés qui, avec des pertes minimes, transfèrent l'énergie rayonnante solaire à un liquide de refroidissement, qui peut être de l'eau ou un antigel spécial.

circuit de chauffage solaire

Un avantage important d'une telle approche de haute technologie est qu'un tel système fonctionnera efficacement même dans les conditions climatiques les plus sévères, son efficacité ne diminue pas même à des températures extérieures négatives basses.

De tels systèmes, également appelés capteurs solaires, ont fait leurs preuves, par exemple, dans les régions du nord de la Chine - dans des régions au climat très rigoureux. De plus, dans ces régions, ils sont installés même dans des immeubles d'habitation.

Après chauffage dans le collecteur, le liquide de refroidissement pénètre généralement dans le réservoir de stockage, qui est équipé d'une excellente isolation thermique. La température du liquide dans un tel réservoir est maintenue assez longtemps.Si l'eau du robinet ordinaire est utilisée comme caloporteur, alors, en plus du chauffage, un tel liquide peut également être utilisé à des fins domestiques, par exemple pour laver ou laver la vaisselle.

Normes et exigences pour le chauffage autonome

Avant de concevoir une structure de chauffage, il est nécessaire de consulter le SNiP 2.04.05-91, qui définit les exigences de base pour les tuyaux, les réchauffeurs et les vannes.

Les normes générales consistent à s'assurer que la maison dispose d'un microclimat confortable pour les personnes qui y vivent, à équiper correctement le système de chauffage, après avoir préalablement élaboré et approuvé le projet.

De nombreuses exigences sont formulées sous la forme de recommandations dans le SNiP 31-02, qui réglemente les règles de construction des maisons unifamiliales et leur mise à disposition de communications.

Séparément, des dispositions relatives à la température sont stipulées :

• les paramètres du liquide de refroidissement dans les tuyaux ne doivent pas dépasser + 90ºС;
• les indicateurs optimaux sont à + 60-80ºС;
• la température de la surface extérieure des appareils de chauffage situés dans la zone d'accès direct ne doit pas dépasser 70ºС.

Il est recommandé que les canalisations des systèmes de chauffage soient constituées de tuyaux en laiton, en cuivre et en acier. Le secteur privé utilise principalement des produits tubulaires en polymère et en métal-plastique approuvés pour une utilisation dans la construction.

Les canalisations des circuits de chauffage d'eau sont le plus souvent posées à ciel ouvert. La pose cachée est autorisée lors de l'installation de «planchers chauds»

La méthode de pose de la canalisation de chauffage peut être:

• ouvert. Il s'agit de la pose sur des structures de bâtiment avec fixation par clips et pinces. Il est autorisé lors de la construction de circuits à partir de tuyaux métalliques.L'utilisation d'analogues polymères est autorisée si leur endommagement par impact thermique ou mécanique est exclu.
• Caché. Il s'agit de poser des canalisations dans des stroboscopes ou des caniveaux choisis dans des structures de bâtiment, dans des plinthes ou derrière des écrans protecteurs et décoratifs. Le contour monolithique est autorisé dans les bâtiments conçus pour au moins 20 ans de fonctionnement et avec une durée de vie des tuyaux d'au moins 40 ans.

La priorité est la méthode ouverte de pose, car la conception du tracé du pipeline doit permettre un accès libre à tout élément du système pour réparation ou remplacement.

Les tuyaux sont cachés dans de rares cas, uniquement lorsqu'une telle solution est dictée par une nécessité technologique, hygiénique ou constructive, par exemple lors de l'installation de «planchers chauds» dans une chape en béton.

Lors de la pose du pipeline de systèmes avec mouvement naturel du liquide de refroidissement, il est nécessaire d'observer une pente de 0,002 à 0,003. Les canalisations des systèmes de pompage, à l'intérieur desquelles le liquide de refroidissement se déplace à une vitesse d'au moins 0,25 m/s, n'ont pas besoin de prévoir de pentes

En cas de pose à ciel ouvert du principal, les tronçons traversant des locaux non chauffés doivent être pourvus d'une isolation thermique correspondant aux données climatiques de la région de construction.

Des conduites de chauffage autonomes à circulation naturelle doivent être installées dans le sens du mouvement du liquide de refroidissement, de sorte que l'eau chauffée atteigne les batteries par gravité et, après refroidissement, se déplace de la même manière le long de la conduite de retour vers la chaudière. Les canalisations des systèmes de pompage sont construites sans pente, car. ce n'est pas nécessaire.

L'utilisation de différents types de vases d'expansion est stipulée :

• ouvert, utilisé pour les systèmes avec pompage et forçage naturel, doit être installé au-dessus de la colonne montante principale ;
• des dispositifs à membrane fermée, utilisés exclusivement dans les systèmes forcés, sont installés sur la ligne de retour devant la chaudière.

Les vases d'expansion sont conçus pour compenser la dilatation thermique du liquide lorsqu'il est chauffé. Ils sont nécessaires pour déverser l'excédent dans les égouts ou dans la rue, comme c'est le cas avec les options ouvertes les plus simples. Les capsules fermées sont plus pratiques, car elles ne nécessitent pas d'intervention humaine pour régler la pression du système, mais plus coûteuses.

Un vase d'expansion de type ouvert est installé au point le plus haut du système. En plus de fournir une réserve pour dilater le liquide, il est également chargé d'évacuer l'air. Des réservoirs fermés sont placés devant la chaudière, des bouches d'aération et des séparateurs sont utilisés pour évacuer l'air

Lors du choix des vannes d'arrêt, la préférence est donnée aux vannes à bille lors du choix d'une unité de pompage - équipement avec une pression allant jusqu'à 30 kPa et une capacité allant jusqu'à 3,0 m3 / h.

Les variétés à ouverture budgétaire doivent être réapprovisionnées périodiquement en raison de l'altération standard du fluide. Lors de leur installation, il est nécessaire de renforcer considérablement le sol du grenier et d'isoler le grenier.

Il est recommandé de monter les radiateurs et les convecteurs sous les fenêtres, dans des endroits propices à l'entretien. Le rôle des éléments chauffants dans les salles de bains ou les salles de bains peut être joué par des sèche-serviettes connectés aux communications de chauffage

Accumulation de chaleur dans la roche chaude, le béton, les cailloux, etc.

L'eau a l'une des capacités calorifiques les plus élevées - 4,2 J / cm3 * K, tandis que le béton n'a qu'un tiers de cette valeur.Le béton, d'autre part, peut être chauffé à des températures beaucoup plus élevées de 1200C, par exemple, par chauffage électrique et a donc une capacité globale beaucoup plus élevée. Suivant l'exemple ci-dessous, un cube isolé d'environ 2,8 m de diamètre peut être en mesure de fournir suffisamment de chaleur stockée pour qu'une maison puisse répondre à 50 % de la demande de chauffage. En principe, cela pourrait être utilisé pour stocker l'énergie thermique éolienne ou photovoltaïque excédentaire en raison de la capacité du chauffage électrique à atteindre des températures élevées.

Au niveau du comté, le projet Wiggenhausen-Süd dans la ville allemande de Friedrichshafen a attiré l'attention internationale. Il s'agit d'une unité de stockage thermique en béton armé de 12 000 m3 (420 000 pi3) reliée à un complexe de capteurs solaires de 4 300 m2 (46 000 pi2) qui fournit la moitié des besoins en eau chaude et en chauffage de 570 maisons.

Siemens construit une installation de stockage de chaleur près de Hambourg d'une capacité de 36 MWh, composée de basalte chauffé à 600C et générant 1,5 MW d'électricité. Un système similaire est prévu pour la construction dans la ville danoise de Sorø, où 41 à 58 % de la chaleur stockée d'une capacité de 18 MWh seront transférées au chauffage urbain de la ville, et 30 à 41 % sous forme d'électricité.

pi), couvrant la moitié des besoins en eau chaude et en chauffage de 570 foyers. Siemens construit une installation de stockage de chaleur près de Hambourg d'une capacité de 36 MWh, composée de basalte chauffé à 600C et générant 1,5 MW d'électricité. Un système similaire est prévu pour la construction dans la ville danoise de Sorø, où 41 à 58 % de la chaleur stockée d'une capacité de 18 MWh seront transférées au chauffage urbain de la ville, et 30 à 41 % sous forme d'électricité.

Informations de base sur les capteurs solaires faits maison

Les unités professionnelles ont une efficacité d'environ 80 à 85%, mais vous devez tenir compte du fait qu'elles sont assez chères et que presque tout le monde peut se permettre d'acheter du matériel pour assembler un collecteur fait maison.

À cet égard, tout dépend des caractéristiques de conception, qui sont déterminées et calculées individuellement.

L'assemblage de l'unité ne nécessite pas d'outils difficiles à utiliser et difficiles à atteindre ni de matériaux coûteux.

collecteur solaire

Outils de bricolage de capteur solaire

1. Perforateur.
2. Perceuse électrique.
3. Un marteau.
4. Scie à métaux.

Il existe plusieurs variétés de la conception considérée. Ils diffèrent les uns des autres par leur efficacité et leur coût final. Dans tous les cas, une unité faite maison coûtera un ordre de grandeur moins cher qu'un modèle d'usine avec des caractéristiques similaires.

L'une des meilleures options est un capteur solaire sous vide. C'est l'option la plus budgétaire et la plus simple dans son exécution.