Systèmes d'énergie solaire 101

Photo: FAFCO

L'énergie solaire peut être utilisée pour faire toutes sortes de travaux autour de la maison, en fournissant de l'électricité aux lumières et aux appareils pour réchauffer une piscine, un spa, une douche ou une pièce. Mais la façon dont un système solaire fonctionne pour vous dépendra de dizaines de facteurs, y compris où vous vivez, votre exposition au soleil, votre taux électrique, ce que vous payez pour chauffer le carburant, votre budget et votre engagement à tirer parti de l'énergie du soleil plutôt que vos fournisseurs actuels.

Le cœur de tout système solaire actif, qu'il s'agisse d'électricité ou de chaleur, est le collecteur (parfois appelé panneau ou module). Les systèmes passifs s'appuient sur des forces naturelles pour fonctionner, comme le mouvement de la chaleur du froid au chaud et le fait que les fluides chauds augmentent. Inversement, un système actif nécessite d'autres équipements, comme les soufflantes, les pompes et les onduleurs, pour utiliser l'énergie que vous capturez du soleil.

Types communs de collectionneurs
Il existe essentiellement deux types de collecteurs solaires, électriques (ceux qui convertissent les rayons du soleil en électricité) et thermique (ceux qui le convertissent en chaleur). Les deux se trouvent généralement sur les toits, bien que les tableaux puissent également être montés au sol ou à la perche.

Panneaux électriques solaires (Parfois, appelés modules PV ou photovoltaïques) sont généralement composés de plaquettes de silicone de taille de cellules solaires, câblées et assemblées en panneau ou module. Ils ont souvent un casting bleu ou vert mais peuvent également être noirs. Les types les plus courants de collectionneurs d'électricité solaire résidentiel sont:

• Modules PV cristallinscomprend la grande majorité des collectionneurs électriques solaires sur le marché. Ils sont fabriqués en tranchant des lingots en cristal de silicium artificiels, ou des pains, dans des plaquettes, chacun portant un électron positif et négatif. Les plaquettes sont câblées ensemble pour former des modules et les modules sont câblés pour former des tableaux. Lorsque les plaquettes sont frappées par la lumière du soleil, un courant électrique s'étend des contacts avant aux contacts arrière, distribuant la charge du module au module.

• Modules et stratifiés à film mincesont fabriqués en déposant divers matériaux semi-conducteurs en couches très minces sur divers substrats, y compris en verre et un support flexible. Eux aussi produisent de l'électricité. Si le matériau semi-conducteur est protégé par le verre, les collectionneurs solaires à couches minces sont appelés modules. Lorsque le matériau semi-conducteur a une couverture de protection flexible, ils sont appelés stratifiés.

Les modules et stratifiés à couches minces représentent une petite fraction des ventes totales de modules solaires, cependant, en partie en raison du fait qu'elles nécessitent jusqu'à quatre fois plus d'espace de toit pour produire la même sortie KW-HR / an. L'application résidentielle qui a suscité le plus grand intérêt pour le PV à couches minces est sur des toits métalliques en couture debout (entre les coutures verticales) et en tant que bardeaux solaires.

Collectionneurs solaires sont utilisés pour les applications de chauffage, sont généralement plus volumineuses et se tiennent sur le toit un peu plus. Il y a beaucoup d'exceptions, cependant. Certains collectionneurs thermiques ressemblent à de grandes boîtes plates ou ont des réservoirs cylindriques qui y sont attachés. D'autres sont constitués d'une série de grands tubes en verre. Les types les plus courants de collecteurs solaires thermiques comprennent:

• collectionneurs thermiques à plaques plates, Conçu pour le chauffage, sont généralement des enceintes rectangulaires de 4 "à 5". À l'intérieur de l'enceinte se trouve une feuille d'absorbeur noirci avec des passages intégraux à travers lesquels un liquide coule pour éloigner la chaleur du soleil. Le liquide chauffé peut ensuite être utilisé pour l'eau domestique ou pour le chauffage de l'espace. Les tubes se déplacent à travers le boîtier de collection, de sorte qu'il peut être connecté à des collectionneurs supplémentaires ainsi qu'aux réunis. Le liquide qui circule à travers le collecteur est généralement de l'eau ou de l'antigel (glycol), ou une combinaison des deux.

• Collecteurs de tubes évacués, Un nouveau type de collecteur thermique, est fabriqué à partir d'une rangée de tubes évacués, chacun avec sa propre plaque d'absorbeur et tube. Le liquide élimine la chaleur de la plaque d'absorbeur, comme elle le fait avec un collecteur thermique conventionnel. L'utilisation de collectionneurs à tube évacué a augmenté ces dernières années, mais ils représentent toujours un petit pourcentage du marché actuel.

• Collecteurs thermiques non vitrés sont généralement extrudés d'un polymère noir et comprennent une série de tubes à travers lesquels le liquide à chauffer peut être pompé. Les collectionneurs thermiques non vitrés sont adaptés aux applications à basse température, telles que celles utilisées pour chauffer les piscines et les spas.

• collectionneurs d'air chaud ont tendance à être plus gros que les collectionneurs qui chauffent le liquide, couvrant parfois une paroi extérieure entière d'un bâtiment. Par conséquent, ils sont plus souvent utilisés dans les applications commerciales. Certains collectionneurs d'air chaud, également appelés collectionneurs «refroidis», sont vitrés. Ces collectionneurs sont utilisés pour le chauffage de l'espace. Il n'y a pas grand-chose qui peut mal tourner avec eux, car la congélation et la surchauffe ne sont pas des problèmes.

Comment fonctionnent les systèmes solaires
Les collectionneurs électriques solaires convertissent le rayonnement solaire directement en électricité, qui peut être utilisé immédiatement, stocké dans des batteries ou envoyé à la grille électrique. Dans ce dernier cas, le propriétaire reçoit le crédit pour ce qui est produit, réduisant ainsi sa facture électrique. En effet, la société de services publics sert de stockage pour l'électricité produite pendant les périodes de la journée où vous n'en avez pas besoin. La grille est également là comme une sauvegarde pour les périodes nuageuses, lorsque vous ne produit pas beaucoup d'électricité solaire.

Les collectionneurs thermiques convertissent l'énergie solaire en chaleur. Le rayonnement frappe la plaque d'absorbeur et la chaleur est éloignée par liquide ou l'air. Des dispositions doivent être prises pour faire face à la surchauffe des systèmes refroidis par liquide, alors qu'il n'y a pas de demande de chaleur. Si l'eau est utilisée, les dispositions de congélation doivent être prises. La chaleur peut être utilisée immédiatement ou stockée pour une utilisation ultérieure. Dans les systèmes de chauffage de l'eau chaude solaire, un réservoir stocke l'eau chaude. Dans le cas des piscines, la piscine agit comme le réservoir de stockage.

Dans le chauffage de l'espace solaire, la chaleur peut être stockée dans de grandes réservoirs d'eau ou dans un certain type de maçonnerie, y compris des bacs remplis de pierre. L'air chauffé peut être distribué dans diverses pièces par des conduits ou des tuyaux de la même manière que les systèmes de chauffage conventionnels.

Meilleur retour sur investissement
Diverses incitations fédérales et étatiques peuvent être disponibles pour les propriétaires souhaitant installer un système solaire. Vous pouvez découvrir ce qui est disponible dans votre région en vous rendant à la base de données des incitations de l'État pour les énergies renouvelables et l'efficacité (DSIRE).

En général, les applications domestiques de chauffage au chauffage et à la piscine à l'eau chaude ont les rémunéraires les plus courts (5 à 7 ans) et nécessitent les plus petits investissements (3 000 $ à 10 000 $ avant les incitations). Les installations coûtent moins cher dans les climats où les températures de congélation ne sont pas un problème. Les installations d'électricité solaire qui satisferaient une partie importante de vos besoins électriques nécessitent des investissements beaucoup plus importants, bien que les coûts des composants aient baissé ces dernières années. Si cela est fait pendant la construction, les coûts sont considérablement inférieurs.

Les programmes de location, si disponibles dans votre région, réduisent également considérablement le coût de l'installation d'un système. Le chauffage de l'espace solaire nécessite également un grand investissement, à moins que vous ne vouliez simplement réchauffer une ou deux pièces du côté sud de votre maison.

Quel que soit le type de système solaire que vous envisagez, commencez à conserver l'énergie maintenant. Il en coûte beaucoup moins pour éteindre les lumières, prendre des douches plus courtes et isoler le grenier et les murs que pour installer une gamme de collecteurs solaires!

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Note de l'auteur: en plus d'être un contributeur fréquent à Bobvila.com, Joe Provey est co-auteur, avec Everett M. Barber, de Convert Your Home to Solar Energy (The Taunton Press, 2010)