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Mini-projet Capteur Solaire




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Mini-projet Capteur Solaire




                               Capteur solaire
           Il existe deux types de capteurs bien distincts, qui ont chacun un usage
 spécifique : utilisés pour la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire, et
 utilisés pour la production d'électricité pour l'éclairage et l'électroménager.
       •   Les capteurs thermiques : pour l'eau chaude sanitaire et le chauffage
       •   Les capteurs photovoltaïques : pour l'électricité




I.     Les composantes de capteur solaire.



     1- Panneau solaire




                                                                                       2
Mini-projet Capteur Solaire




          Capteur thermique                             Capteur photovoltaïque




 Les capteurs photovoltaïques : pour l'électricité

 Composés d'une fine couche de silicium couverte par une plaque de verre trempé, ils
 produisent de l'électricité utilisable pour l'éclairage et les appareils électroménagers.
 Ils ne sont pas conseillés pour le chauffage électrique, celui-ci demandant trop
 d'énergie par rapport à ce que ce type de capteur peut fournir. Dans la plupart des
 cas, les capteurs sont raccordés au réseau électrique et on vend la totalité de la
 production au distributeur d'électricité (en 2007 : prix de vente 0,30 €/kWh, ou 0,55
 €/kWh si les capteurs sont intégrés au bâti). Dans certains cas spécifiques (chalet
 isolé, mobilier urbain…), les capteurs sont couplés à un parc de batteries et
 fonctionnent en autonomie.


 Les capteurs thermiques : pour l'eau chaude sanitaire et le
 chauffage
 Ils sont composés de plaques métalliques généralement en cuivre (couverts par une
 vitre en verre trempé), sous lesquelles sont soudés des tubes. Dans ces tubes
 circule un fluide caloporteur (de l'eau mélangée avec un antigel), qui prélève les
 calories dans les capteurs pour les restituer à un ballon d'eau chaude sanitaire et
 éventuellement à un plancher chauffant. Les capteurs standards sont de forme
 rectangulaire de diverses tailles. Les plus répandus sont des caissons de 2,5 m2 ou
 2 m2, ainsi que des modules de 0,5 m2.


     2- Régulateur
        Le régulateur de charge/décharge est
l’électronique    entièrement      automatique     à
laquelle sont reliés le panneau photovoltaïque,
la    batterie,   ainsi   que    les      équipements
destinataires de l’électricité solaire.                                                      3
Mini-projet Capteur Solaire




En règle générale, les contrôleurs de charge solaire n’intègrent strictement ni de
convertisseurs de courant, ni de convertisseurs de tension, les régulateurs de charge
de type linéaires disposant eux de la particularité de réduire plus ou moins le courant
disponible. Cette propriété, surtout conjuguée à la technique PWM donne lieu à une
succession de différents régimes de recharge de la batterie d’un système
photovoltaïque, déclenchés par son état initial de décharge, et stoppés à des valeurs
caractéristiques de sa tension.


 3- Batterie

       Une batterie électrique est un composant
électrochimique, elle comporte des électrodes
positives et négatives composées d’alliages
dissemblables plongées dans un électrolyte
(acide). L’ensemble est encapsulé dans un bac
scellé ou muni d’un bouchon de remplissage et
d’un évent. Les réactions d’oxydoréduction

 qui gouvernent le fonctionnement d’une batterie sont réversibles, dans la mesure où
 celle ci n’a pas été longtemps ni complètement déchargée ni trop surchargée. Un
 fonctionnement prolongé dans l’un ou l’autre de ces états aboutirait à la destruction
 définitive de la batterie.




                                                                                          4
Mini-projet Capteur Solaire




La plupart des systèmes photovoltaïques comportent des batteries spéciales
(batteries stationnaires à alliages de Plomb) qui emmagasinent l’énergie générée par
les panneaux photovoltaïques en prévision des périodes où il n’y a pas de soleil. Ces
batteries sont conçues pour restituer un courant stable pendant de longues périodes
en conservant leurs aptitudes à la recharge, et ceci à un grand nombre de reprises
(cycles), on parle de batteries stationnaires ou à décharge profonde.

Il existe sur le marché différents types de batteries stationnaires en 2, 6 ou 12 Volts
nominal, qu’on distingue principalement par le nombre de cycles que celles-ci
peuvent fournir à une profondeur de décharge admissible déterminée, par la
géométrie des plaques positives (planes ou tubulaires) et enfin par la forme de
l’électrolyte (liquide, gel). Dans le cas des systèmes photovoltaïques, on opte
généralement pour des batteries à profondeur de décharge de l’ordre de 60 à 80%
pendant au moins 400 cycles. On choisit les batteries à électrolyte liquide si la
maintenance du système est aisée, tandis que les batteries à électrolyte gélifié sont
adaptées aux situations où le confort de l’utilisateur est souhaité (cas des petites
unités) et aux systèmes à maintenance réduite.




                                                                                          5
Mini-projet Capteur Solaire




II.      Régulation de capteur.

      Le régulateur d'un panneau solaire est
      présent sur les deux types d'installation
      solaire : thermique et photovoltaïque.




  Régulateur panneau solaire photovoltaïque

  Une installation photovoltaïque est composée de trois éléments de branchement :

        •   le régulateur du panneau solaire : qui contrôle la charge de la batterie et
            protège l'installation ;
        •   l'onduleur : qui change le courant continu produit par les panneaux en courant
            alternatif, utilisable dans le bâtiment ;

        •   les prises électriques du bâtiment.


                                                                                             6
Mini-projet Capteur Solaire




Dans le cas où les panneaux solaires ne sont pas sur la toiture mais dans un jardin
par exemple, ils doivent quand même être reliés au régulateur du panneau solaire
situé, lui, à l'intérieur de la maison.

De la même façon, si le panneau est posé sur le toit d'un camping-car, il doit être
relié à la batterie de service à l'intérieur. Afin de protéger l'installation, un régulateur
de panneau solaire doit être installé entre le panneau et la batterie.


Régulateur panneau solaire thermique

Dans une installation thermique, les éléments de branchement sont les suivants :

   •   panneaux solaires thermiques ;
   •   système de distribution du fluide caloporteur ;


   •   régulateur de panneau solaire thermique ;


   •   dispositif de stockage de l'eau ;


   •   tuyauterie pour distribuer l'eau et/ou émetteurs de chaleur.




                                                                                               7
Mini-projet Capteur Solaire




   Le régulateur du panneau solaire thermique permet de faire passer l'eau dans le
   circuit de chauffage seulement quand il y a du soleil. Cela a l'avantage d'éviter que
   l'eau soit refroidie dans le circuit au lieu d'être chauffée.

   Le régulateur peut être manuel ou automatique et les modèles les plus sophistiqués
   peuvent avoir des enregistreurs de données.


III.     Dimension de capteur solaire logiciel.
   Les capteurs solaires sont le dispositif de production d'énergie individuelle le plus
   courant et le plus rentable pour les particuliers.

   La dimension du panneau doit être choisie en fonction des besoins en électricité du
   foyer, et de l'ensoleillement de la région.


       1- Dimensions des panneaux solaires thermiques

   En fonction de votre utilisation

   La taille des panneaux solaires thermiques à installer sera
   différente selon l'utilisation :



                                                                                           8
Mini-projet Capteur Solaire




   •   Pour un chauffe-eau : on prévoit un ballon d'environ 200 à 300 litres pour un
       foyer de 4 personnes. Le volume est variable selon la présence ou non d'une
       énergie d'appoint. Cette installation nécessite un panneau thermique de 2 à
       5 m² selon l'ensoleillement de la zone.
   •   Pour un chauffage central : 10 à 30 m² de panneaux solaires thermiques
       (selon la taille du logement) peuvent couvrir jusqu'à 60% de vos besoins en
       chauffage.

   •   Pour un système combiné chauffage/eau chaude : on prévoit en général 10 à
       20 m² de panneaux solaires thermiques (environ 15 m² pour un logement de 4
       personnes).


En fonction de l'ensoleillement

Selon l'ensoleillement de la zone dans laquelle se situe votre logement, la taille du
panneau solaire thermique varie.

Si l'installation est prévue pour fonctionner toute l'année (dans une résidence
principale par exemple), on se base sur les chiffres de l'ensoleillement en hiver pour
estimer correctement la dimension idéale des panneaux.

Selon les latitudes, vous devrez également adapter l'orientation et l'inclinaison de vos
panneaux solaires thermiques, pour optimiser votre rendement.

Vos besoins en chauffage et en eau chaude sont plus importants l'hiver, lorsqu'il y a
moins de soleil. C'est pourquoi un système d'appoint est toujours recommandé. Mais
dans l'absolu, il est possible d'installer un chauffe-eau solaire partout en Tunisie.




                                                                                           9
Mini-projet Capteur Solaire




2- Dimensions des panneaux solaires photovoltaïques

Calculer vos besoins

Pour savoir quelle dimension prévoir pour votre panneau solaire photovoltaïque,
vous devez avant tout déterminer vos besoins énergétiques. Calculez votre
consommation moyenne en électricité sur une année, en consultant vos factures
précédentes si vous en avez.

Si vous installez ces panneaux photovoltaïques sur un bâtiment neuf, vous devez
estimer votre future consommation. Pour cela :

   •   Listez les différents appareils électriques de votre logement, en précisant leur
       puissance en watt par heure.
   •   Multipliez la puissance par le nombre d'heures d'utilisation par jour pour
       obtenir la consommation énergétique quotidienne. La somme des
       consommations quotidiennes en Wh/jour vous donne une idée de l'électricité
       nécessaire chaque jour.


En fonction de l'ensoleillement

                                                                                          10
Mini-projet Capteur Solaire




La quantité d'énergie que vos panneaux solaires photovoltaïques pourront produire
dépend directement de leur taille. En moyenne, une surface de 25 m² de modules
produit environ 3 000 kWh par an.

La production d'électricité dépend également de l'ensoleillement, qui est variable
selon les régions.

Si l'installation est prévue pour fonctionner toute l'année (dans une résidence
principale par exemple), on se base sur les chiffres de l'ensoleillement en hiver pour
estimer correctement la dimension idéale des panneaux photovoltaïques.

Selon les latitudes, vous devrez également adapter l'orientation et l'inclinaison de vos
panneaux solaires photovoltaïques, pour optimiser votre rendement.




                                                                                           11

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  • 2. Mini-projet Capteur Solaire Capteur solaire Il existe deux types de capteurs bien distincts, qui ont chacun un usage spécifique : utilisés pour la production de chauffage et d'eau chaude sanitaire, et utilisés pour la production d'électricité pour l'éclairage et l'électroménager. • Les capteurs thermiques : pour l'eau chaude sanitaire et le chauffage • Les capteurs photovoltaïques : pour l'électricité I. Les composantes de capteur solaire. 1- Panneau solaire 2
  • 3. Mini-projet Capteur Solaire Capteur thermique Capteur photovoltaïque Les capteurs photovoltaïques : pour l'électricité Composés d'une fine couche de silicium couverte par une plaque de verre trempé, ils produisent de l'électricité utilisable pour l'éclairage et les appareils électroménagers. Ils ne sont pas conseillés pour le chauffage électrique, celui-ci demandant trop d'énergie par rapport à ce que ce type de capteur peut fournir. Dans la plupart des cas, les capteurs sont raccordés au réseau électrique et on vend la totalité de la production au distributeur d'électricité (en 2007 : prix de vente 0,30 €/kWh, ou 0,55 €/kWh si les capteurs sont intégrés au bâti). Dans certains cas spécifiques (chalet isolé, mobilier urbain…), les capteurs sont couplés à un parc de batteries et fonctionnent en autonomie. Les capteurs thermiques : pour l'eau chaude sanitaire et le chauffage Ils sont composés de plaques métalliques généralement en cuivre (couverts par une vitre en verre trempé), sous lesquelles sont soudés des tubes. Dans ces tubes circule un fluide caloporteur (de l'eau mélangée avec un antigel), qui prélève les calories dans les capteurs pour les restituer à un ballon d'eau chaude sanitaire et éventuellement à un plancher chauffant. Les capteurs standards sont de forme rectangulaire de diverses tailles. Les plus répandus sont des caissons de 2,5 m2 ou 2 m2, ainsi que des modules de 0,5 m2. 2- Régulateur Le régulateur de charge/décharge est l’électronique entièrement automatique à laquelle sont reliés le panneau photovoltaïque, la batterie, ainsi que les équipements destinataires de l’électricité solaire. 3
  • 4. Mini-projet Capteur Solaire En règle générale, les contrôleurs de charge solaire n’intègrent strictement ni de convertisseurs de courant, ni de convertisseurs de tension, les régulateurs de charge de type linéaires disposant eux de la particularité de réduire plus ou moins le courant disponible. Cette propriété, surtout conjuguée à la technique PWM donne lieu à une succession de différents régimes de recharge de la batterie d’un système photovoltaïque, déclenchés par son état initial de décharge, et stoppés à des valeurs caractéristiques de sa tension. 3- Batterie Une batterie électrique est un composant électrochimique, elle comporte des électrodes positives et négatives composées d’alliages dissemblables plongées dans un électrolyte (acide). L’ensemble est encapsulé dans un bac scellé ou muni d’un bouchon de remplissage et d’un évent. Les réactions d’oxydoréduction qui gouvernent le fonctionnement d’une batterie sont réversibles, dans la mesure où celle ci n’a pas été longtemps ni complètement déchargée ni trop surchargée. Un fonctionnement prolongé dans l’un ou l’autre de ces états aboutirait à la destruction définitive de la batterie. 4
  • 5. Mini-projet Capteur Solaire La plupart des systèmes photovoltaïques comportent des batteries spéciales (batteries stationnaires à alliages de Plomb) qui emmagasinent l’énergie générée par les panneaux photovoltaïques en prévision des périodes où il n’y a pas de soleil. Ces batteries sont conçues pour restituer un courant stable pendant de longues périodes en conservant leurs aptitudes à la recharge, et ceci à un grand nombre de reprises (cycles), on parle de batteries stationnaires ou à décharge profonde. Il existe sur le marché différents types de batteries stationnaires en 2, 6 ou 12 Volts nominal, qu’on distingue principalement par le nombre de cycles que celles-ci peuvent fournir à une profondeur de décharge admissible déterminée, par la géométrie des plaques positives (planes ou tubulaires) et enfin par la forme de l’électrolyte (liquide, gel). Dans le cas des systèmes photovoltaïques, on opte généralement pour des batteries à profondeur de décharge de l’ordre de 60 à 80% pendant au moins 400 cycles. On choisit les batteries à électrolyte liquide si la maintenance du système est aisée, tandis que les batteries à électrolyte gélifié sont adaptées aux situations où le confort de l’utilisateur est souhaité (cas des petites unités) et aux systèmes à maintenance réduite. 5
  • 6. Mini-projet Capteur Solaire II. Régulation de capteur. Le régulateur d'un panneau solaire est présent sur les deux types d'installation solaire : thermique et photovoltaïque. Régulateur panneau solaire photovoltaïque Une installation photovoltaïque est composée de trois éléments de branchement : • le régulateur du panneau solaire : qui contrôle la charge de la batterie et protège l'installation ; • l'onduleur : qui change le courant continu produit par les panneaux en courant alternatif, utilisable dans le bâtiment ; • les prises électriques du bâtiment. 6
  • 7. Mini-projet Capteur Solaire Dans le cas où les panneaux solaires ne sont pas sur la toiture mais dans un jardin par exemple, ils doivent quand même être reliés au régulateur du panneau solaire situé, lui, à l'intérieur de la maison. De la même façon, si le panneau est posé sur le toit d'un camping-car, il doit être relié à la batterie de service à l'intérieur. Afin de protéger l'installation, un régulateur de panneau solaire doit être installé entre le panneau et la batterie. Régulateur panneau solaire thermique Dans une installation thermique, les éléments de branchement sont les suivants : • panneaux solaires thermiques ; • système de distribution du fluide caloporteur ; • régulateur de panneau solaire thermique ; • dispositif de stockage de l'eau ; • tuyauterie pour distribuer l'eau et/ou émetteurs de chaleur. 7
  • 8. Mini-projet Capteur Solaire Le régulateur du panneau solaire thermique permet de faire passer l'eau dans le circuit de chauffage seulement quand il y a du soleil. Cela a l'avantage d'éviter que l'eau soit refroidie dans le circuit au lieu d'être chauffée. Le régulateur peut être manuel ou automatique et les modèles les plus sophistiqués peuvent avoir des enregistreurs de données. III. Dimension de capteur solaire logiciel. Les capteurs solaires sont le dispositif de production d'énergie individuelle le plus courant et le plus rentable pour les particuliers. La dimension du panneau doit être choisie en fonction des besoins en électricité du foyer, et de l'ensoleillement de la région. 1- Dimensions des panneaux solaires thermiques En fonction de votre utilisation La taille des panneaux solaires thermiques à installer sera différente selon l'utilisation : 8
  • 9. Mini-projet Capteur Solaire • Pour un chauffe-eau : on prévoit un ballon d'environ 200 à 300 litres pour un foyer de 4 personnes. Le volume est variable selon la présence ou non d'une énergie d'appoint. Cette installation nécessite un panneau thermique de 2 à 5 m² selon l'ensoleillement de la zone. • Pour un chauffage central : 10 à 30 m² de panneaux solaires thermiques (selon la taille du logement) peuvent couvrir jusqu'à 60% de vos besoins en chauffage. • Pour un système combiné chauffage/eau chaude : on prévoit en général 10 à 20 m² de panneaux solaires thermiques (environ 15 m² pour un logement de 4 personnes). En fonction de l'ensoleillement Selon l'ensoleillement de la zone dans laquelle se situe votre logement, la taille du panneau solaire thermique varie. Si l'installation est prévue pour fonctionner toute l'année (dans une résidence principale par exemple), on se base sur les chiffres de l'ensoleillement en hiver pour estimer correctement la dimension idéale des panneaux. Selon les latitudes, vous devrez également adapter l'orientation et l'inclinaison de vos panneaux solaires thermiques, pour optimiser votre rendement. Vos besoins en chauffage et en eau chaude sont plus importants l'hiver, lorsqu'il y a moins de soleil. C'est pourquoi un système d'appoint est toujours recommandé. Mais dans l'absolu, il est possible d'installer un chauffe-eau solaire partout en Tunisie. 9
  • 10. Mini-projet Capteur Solaire 2- Dimensions des panneaux solaires photovoltaïques Calculer vos besoins Pour savoir quelle dimension prévoir pour votre panneau solaire photovoltaïque, vous devez avant tout déterminer vos besoins énergétiques. Calculez votre consommation moyenne en électricité sur une année, en consultant vos factures précédentes si vous en avez. Si vous installez ces panneaux photovoltaïques sur un bâtiment neuf, vous devez estimer votre future consommation. Pour cela : • Listez les différents appareils électriques de votre logement, en précisant leur puissance en watt par heure. • Multipliez la puissance par le nombre d'heures d'utilisation par jour pour obtenir la consommation énergétique quotidienne. La somme des consommations quotidiennes en Wh/jour vous donne une idée de l'électricité nécessaire chaque jour. En fonction de l'ensoleillement 10
  • 11. Mini-projet Capteur Solaire La quantité d'énergie que vos panneaux solaires photovoltaïques pourront produire dépend directement de leur taille. En moyenne, une surface de 25 m² de modules produit environ 3 000 kWh par an. La production d'électricité dépend également de l'ensoleillement, qui est variable selon les régions. Si l'installation est prévue pour fonctionner toute l'année (dans une résidence principale par exemple), on se base sur les chiffres de l'ensoleillement en hiver pour estimer correctement la dimension idéale des panneaux photovoltaïques. Selon les latitudes, vous devrez également adapter l'orientation et l'inclinaison de vos panneaux solaires photovoltaïques, pour optimiser votre rendement. 11