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Association pour la Promotion des Techniques Ecologiques





Les Gardiols

84360 MERINDOL

Tél. : 04 90 72 83 89

ÉCONOMIES D’ÉNERGIE ET ÉNERGIES RENOUVELABLES
Comment réduire ma facture énergétique et en même temps mon impact sur l’environnement.
Sommaire 

1 LES ÉNERGIES RENOUVELABLES À LA MAISON  2

1.1 La production électrique photovoltaïque  2

1.1.1 Les principes et les applications 2

1.1.2 Les applications de générateurs photovoltaïques 3

1.1.3 Installations solaires photovoltaïques autonomes 3

1.1.4 Installations solaires photovoltaïques connectées au réseau électrique 5

1.1.5 Le pompage de l’eau  8

1.2 La production électrique éolienne  9

1.2.1 L’électricité éolienne chez vous 9

1.3 Le bois comme source d’énergie  9

1.3.1 Les atouts du bois énergie 9

1.3.2 Les chiffres du bois énergie 10

1.3.3 Le bois énergie et l’habitat 11

1.3.4 Flamme Verte 11

1.3.5 Performance des poêles à bois 11

1.4 Le chauffe-eau solaire  12

1.4.1 Avant tout 12

1.4.2 Coûts et aides : 17

1.4.3 L'appoint de chauffage 18

1.4.4 Capteurs solaires sous vide 20

1.5 Le chauffage solaire 22

1.5.1 Combi-système introduction  22

1.5.2 Principes : Le Combi-Système et le chauffe-eau solaire comparés 23

1.5.3 Stratification de stockage 25

1.5.4 Plancher Solaire Direct 26

1.6 Les bio-carburants  26

1.6.1 Avantages : 27

1.6.2 Techniquement 27

1.6.3 Perspectives 28

1.6.4 Les autres carburants alternatifs 28

1.7 La cuisine solaire  29

1.7.1 Les deux types de cuiseurs solaires 29

1.7.2 Peut-on cuisiner quand il y a des nuages ? 30


1LES ÉNERGIES RENOUVELABLES À LA MAISON 

1.1La production électrique photovoltaïque 



(www.outilssolaires.com) Les systèmes photovoltaïques transforment le rayonnement solaire en électricité. Utilisés, depuis 40 ans ils fournissent les besoins dans les endroits éloignés d'un réseau de distribution électrique. Les applications ont commencé avec le programme spatial pour la transmission radio des satellites. Ensuite, avec les balises en mer et l'équipement de sites isolés dans tous les pays du monde, en utilisant les batteries pour stocker l'énergie électrique pendant les heures sans soleil.
Un intérêt à long terme

Comparé avec le service irremplaçable en sites isolés, les installations photovoltaïques raccordées au réseau ne semblent pas d'un grand intérêt dans les pays industriels. Car, l'électricité produite, malgré l'absence de stockage dans les batteries, est très coûteuse par rapport à tous les systèmes de production conventionnelle (y inclus les éoliennes). De plus, les heures de production, pendant la journée et suivant les saisons, ne correspondent pas à la demande en Europe.

Cependant, l'intérêt est à long terme et vise les concepts de développement durable. L'engouement actuel au Japon et en Allemagne, avec leurs programmes de diffusion importants, est lié au développement du savoir faire industriel nécessaire pour fournir un marché mondial en pleine expansion et pour développer des techniques de gestion en réseau d'une production électrique fortement décentralisée.
L'enveloppe énergétique

Le sujet nous passionne aussi, car l'électricité photovoltaïque marque une étape additionnelle dans la quête à l'efficacité énergétique et à l'autonomie du bâtiment.

L'architecture solaire utilise d'abord les apports du rayonnement solaire à travers les vitrages, ainsi que le stockage et la distribution de chaleur suivant les besoins.

Ensuite, l'addition de capteurs solaires thermiques permet de chauffer l'eau sanitaire et de contribuer aux besoins de chauffage.

Et enfin, les systèmes photovoltaïques peuvent compléter l'enveloppe énergétique d'un bâtiment avec la production d'électricité, en utilisant le réseau pour le stockage et la distribution suivant la demande.

1.1.1Les principes et les applications





(www.outilssolaires.com) Une cellule photovoltaïque (ou photopile) est un dispositif qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique. La première photopile a été développée aux États-Unis en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photosensibilité du silicium pouvait être augmentée en ajoutant des "impuretés". C'est une technique appelée le "dopage" qui est utilisée pour tous les semi-conducteurs. Mais en dépit de l'intérêt des scientifiques au cours des années, ce n'est que lors de la course vers l'espace que les cellules ont quitté les laboratoires. En effet, les photopiles représentent la solution idéale pour satisfaire les besoins en électricité à bord des satellites, ainsi que dans tout site isolé. Mais aussi pour produire un courant électrique sans pollution pour alimenter les réseaux de distribution.


Les cellules qui composent les modules PV



Les cellules monocristallines

sont les photopiles de la première génération, elles sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en un seul cristal. Les cellules sont rondes ou presque carrées et, vues de près, elles ont une couleur uniforme.

Elles ont un rendement de 12 à 16%, mais la méthode de production est laborieuse.



Les cellules polycristallines

sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Vues de près, on peut voir les orientations différentes des cristaux (tonalités différentes).

Elles ont un un rendement de 11 à 13%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines.



Les modules photovoltaïques

amorphes

ont un coût de production bien plus bas, mais malheureusement leur rendement n'est que 6 à 10% actuellement. Cette technologie permet d'utiliser des couches très minces de silicium qui sont appliquées sur du verre, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide.



1.1.2Les applications de générateurs photovoltaïques


Alimentations électriques faibles telles que les calculettes ou les chargeurs de piles. Des modules PV peuvent faire fonctionner n'importe quel appareil alimenté par des piles.

1.1.3Installations solaires photovoltaïques autonomes


(AET France - Brignoles) Il est question de fournir l’électricité domestique d’une habitation à l’aide de capteurs solaires photovoltaïques et de batteries afin de stocker l’électricité pour la nuit ainsi que les jours sans soleil.

Avant tout, il faut une UTILISATION RATIONNELLE DE L’ÉNERGIE c’est à dire exclure les appareils électriques de chauffage qui sont très « énergivores ». Il est judicieux de réserver l’électricité à l’usage de l’éclairage, de la conservation des denrées alimentaires et d’autres appareils utiles –répondeurs téléphoniques, radio, TV...–. Les machines à laver le linge et la vaisselle peuvent être utilisées sous réserve de modification.

La consommation d’une maison équipée de manière conventionnelle ou standard est en moyenne de 3000 KW.h par an, soit 8,2 KW.h par jour. Cette consommation peut être réduite de à 700 KW.h annuellement soit 1,9 KW.h par jour sans pour autant diminuer le confort de l’usager.
Constituants :





  • Les modules solaires (champ photovoltaïque) : Ils assurent la production électrique. Un bon ensoleillement est bien entendu indispensable. Orientés plein sud pour (pour l’hémisphère nord) leur inclinaison sera étudiée pour obtenir le meilleur rendement possible pour les périodes de consommation annuelle ou saisonnière. La surface nécessaire est liée directement à la consommation d’électricité prévue.

  • Le régulateur : Cet appareil gère et contrôle l’ensemble de l’installation. Il ralentit ou stoppe la charge de la batterie lorsque celle-ci est pleine.
    Il arrêtera également la consommation si la batterie n’a plus suffisamment de courant stocké pour assurer l’approvisionnement en électricité.
    Il protège donc la batterie contre toute surcharge ou décharge profonde qui pourrait l’endommager.
    Souvent cet appareil est muni de voyants permettant d’estimer la capacité restante.

  • La batterie : C’est la réserve dans laquelle est stockée l’électricité produite par les modules solaires. Sa capacité sera calculée en fonction de la consommation journalière habituelle et du nombre de jours d’autonomie désirée en cas de temps couvert ou pluvieux persistant. Sa durée de vie moyenne varie entre 5 et 12 ans selon la technologie, la qualité et l’intensité avec lesquelles elle travaillera (% de sollicitation).
    Cette partie du système doit être choisie avec beaucoup de soin car c’est sans doute la plus importante.

  • L’utilisation directe en 12 ou 24 volts continu : La sortie du régulateur permet d’utiliser directement le courant de la batterie en 12 ou 24 volts. Cela implique l’emploi d’appareils fonctionnant directement en courant continu et évidemment, dans tous les cas, de faible consommation.
    Ces utilisations sont pratiques, simples, et de haut rendement. On veillera à ce que les câblages d’alimentation employés soient de section adaptée.

  • L’onduleur : Cet élément convertit la tension de la batterie en 230 V alternatif et permet d’utiliser des appareils standards mais néanmoins de faible consommation. Par exemple : réfrigérateur de classe A...
    Sa puissance sera choisie en fonction des appareils à alimenter simultanément.
    Certains de ces onduleurs ont en plus une fonction qui permet de recharger automatiquement la batterie lorsqu’une autre source de production électrique est disponible (groupe électrogène).


Alimentation continue ou alternative ?

Doit-on installer dans le cas d’une alimentation individuelle un système DC, AC ou mixte ?

Si seuls des lampes , une radio, une télévision, et quelques autres appareils ménagers DC sont utilisés, un système photovoltaïque DC est sans aucun doute la solution la plus intéressante. Ce système est simple, fiable, relativement bon marché et fonctionne avec un bon rendement puisque les pertes du convertisseur DC/AC sont évitées. Cependant, l’utilisateur peut avoir besoin d’autres équipements tels que machine à café, machine à laver, outils électriques...ces équipements sont difficilement disponibles en alimentation DC et consomment en général beaucoup d’énergie.

L’utilisation de convertisseurs DC/AC a trois inconvénients majeurs : d’une part le coût élevé de l’onduleur (dépendant de la qualité du signal de sortie), d’autre part, la diminution du rendement global de l’installation (du fait de la variation du rendement de l’onduleur en fonction de la puissance appelée et de sa consommation à vide) et enfin du risque de défaillance.


Schéma de principe d’une installation autonome DC :


 - Modules photovoltaïques

 - Régulation charge/décharge, batteries de stockage

 - Eclairage

 - Froid

 - Electroménager

Schéma de principe d’une installation autonome DC/AC :



1.1.4Installations solaires photovoltaïques connectées au réseau électrique


(Jean Luc Patin - Professeur Mormoiron) Un toit solaire photovoltaïque raccordé au réseau est un générateur photovoltaïque installé chez l’utilisateur, et qui est raccordé au réseau de distribution de la compagnie électrique par l’intermédiaire de l’installation électrique intérieure. Le champ de modules photovoltaïques (assemblés en série et en parallèle) est la partie productrice d’électricité, les cellules produisant un courant continu lorsqu’elles sont frappées par le rayonnement solaire.

Ce courant est ensuite transformé par un ou plusieurs onduleurs en courant alternatif compatible avec les exigences de qualité, de fiabilité et de sécurité du réseau national.
Fonctionnement :

L
e courant continu produit est acheminé via des câbles conçus pour un usage extérieur vers un onduleur. La distance entre les modules et l‘onduleur doit être la plus courte possible pour éviter les pertes en lignes. Le rôle de l’onduleur est de transformer le courant produit par les modules en courant alternatif compatible avec celui du réseau. Il permet également de stopper le courant produit par les modules lors de la mise hors tension du réseau (entretien par des agents). Sous la forme d’un boîtier fixé sur un mur, l’onduleur est silencieux et n’émet pas de parasites électromagnétiques. Il est vendu pour une durée de vie d’environ dix années, et son entretien se limite à un simple contrôle des signaux lumineux. Le transport du courant alternatif de l’onduleur au réseau se fait par l ‘intermédiaire de câbles classiques et de coupe-circuits correctement calibrés.
A quoi sert un toit solaire raccordé au réseau ?

A couvrir tout ou partie de la consommation électrique du bâtiment sur lequel il est installé. En pratique, la production solaire réduira la facture d’électricité et remplacera une partie de !‘énergie “sale“ (issue de combustibles fossiles ou nucléaires) par une énergie propre et respectueuse de l’environnement, améliorant ainsi, même modestement, la qualité écologique du courant au niveau du consommateur, mais aussi au niveau de la compagnie d’électricité.

Le courant produit est utilisé par les appareils électriques en service, lesquels n’ont pas besoin d’être modifiés puisque leur alimentation reste le 220 V domestique. Il convient cependant d’utiliser des appareils basse consommation, sobres quant à leur consommation d’énergie.

Si la production est plus élevée que la consommation de l’instant, l’électricité excédentaire est injectée dans le réseau.

Inversement lorsque la consommation dépasse la production (nuit, ciel couvert, brouillard) le courant est comme d’habitude acheté au réseau. Le passage d’une situation à l’autre se fait de manière entièrement automatique.
D
eux possibilités de raccordement :

Soit l’électricité produite est auto-consommée sur place, et les excédents de production sont vendus au réseau national. Dans ce cas, le compteur existant de soutirage A (qui devra être électronique) sera associé « tête bêche » à un compteur d’injection B que l’utilisateur louera à EDF. La deuxième possibilité est d’injecter en totalité, l’électricité produite sur le réseau. L’électricité consommée dans l’habitation provient alors exclusivement du réseau EDF. Dans ce cas, en plus du compteur (A) existant se situant sur la branche électrique de consommation, il faut installer deux compteurs électroniques tête-bêche sur la branche électrique de production. Un de ces compteurs (B) enregistrera l’énergie injectée au réseau, l’autre (C) contrôlera l’absence de consommation sur cette branche électrique.

Ce deuxième type de raccordement est un peu plus coûteux car il demande plus de modifications de l’installation électrique existante, et la location du compteur est un peu plus onéreuse. Cependant, il permet de vendre la totalité de l’électricité produite.
Production d’électricité :

La production annuelle d’électricité d’un toit solaire dépend :

• de l’ensoleillement annuel du site, qui peut être évalué assez précisément.

• d’un facteur de correction calculé à partir de l’écart d’orientation par rapport au Sud, de l’inclinaison des panneaux par rapport à l’horizontale et le cas échéant, des ombrages relevés sur le site.

• des performances techniques des modules photovoltaïques et de l’onduleur.
La puissance-crête d’un toit solaire, exprimée en Wc ou kWc, mesure la puissance théorique maximale que ce toit peut produire dans des conditions standards d’ensoleillement : voir la carte de production par kWc installé

La production attendue d’un toit solaire peut être rapportée à la consommation du lieu (mesurée ou prévue) et s’exprimer en pourcentage des besoins. Par exemple, 10 m2 en France peuvent produire de 30 à 50 % de la consommation d’une famille. (hors chauffage électrique)
La puissance crête des modules est d’environ 100 Wc/m2. C’est ainsi qu’un champ de modules de 10 m² aura une puissance de l000 Wc (ou 1 kWc).

Selon la situation géographique, l’orientation et l’inclinaison des capteurs, les conditions climatiques et les performances des appareils, un champ de 1 kWc ne produira pas la même quantité d’énergie à l’année. Ainsi, du nord au sud de la France. la production annuelle pourra varier de 900 kWh/kWc à 1200 kWh/kWc pour une centrale photovoltaïque orientée plein sud, et inclinée à 30° par rapport à l’horizontale.

Si les modules n’ont pas la même orientation ou la même inclinaison, un facteur de correction est à appliquer (voir tableau).
Par exemple, une centrale photovoltaïque

de 2kWc (20 m² environ) située en

Bretagne, dont les modules sont

orientés sud-est et inclinés à 30°

Produira une énergie d’environ :

1000 kWh/kWc x 2kWc x 0,96 =

1920 kWh/an.





Carte d’ensoleillement annuel en KWh/m² et par jour

1.1.5Le pompage de l’eau 


(AET France - Brignoles) L’énergie électrique produite par les modules solaires est directement utilisée par la pompe. Il n’y a pas de stockage électrochimique.

E
xemple : Pompe immergée SOLARWIDDER :
- Le pompage est possible même par temps couvert.

- La hauteur d’eau ne doit pas dépasser 10 mètres

- L’énergie du système de pompage est assurée par un module solaire de 12 W.

- Peut monter entre 200 et 1000 litres par jour suivant l’intensité lumineuse et la hauteur manométrique.

- La pompe offre des applications très diverses comme le remplissage d’une cuve, la maintenance d’un niveau d’eau, l’alimentation d’eau potable décentralisée...

Caractéristiques :






  • Longueur : 350mm




  • Diamètre : 55mm




  • Poids : 3,5 Kg




  • Courant maxi : 1 Ampère




  • Module solaire : 12 W




  • Hauteur manométrique : 10 Mètres




  • Puissance de pompage : Voir diagramme ci contre


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