Cette quantité d'énergie - malheureusement - ne couvre pas suffisamment la demande de chaleur, même d'une maison très économe en énergie, et jusqu'à présent nous ne sommes pas en mesure d'accumuler une réserve d'énergie adéquate pour l'hiver d'une manière économiquement viable en été.
Cependant, nous pouvons utiliser avec succès l'énergie du soleil pour chauffer l'eau, même si ici nous ne nous passerons pas d'un accumulateur de chaleur. Il n'est pas toujours enclin à briller lorsque nous voulons juste un bain.
Le problème de l'excès d'eau chaude
Apparemment, la tête ne nous fait pas mal à la tête après tout, nous voulons autant d'eau chaude que possible gratuitement et nous ne pensons pas au fait que son excès peut nous causer des ennuis.
En attendant, l'optimisation d'une installation solaire n'est malheureusement pas une tâche simple. Premièrement, parce que les mois les plus ensoleillés, c'est-à-dire de fin juin à début septembre, ont des vacances. Ensuite, le nombre d'habitants de notre maison modèle passe de quatre à deux, et peut-être même à zéro.
En raison du manque de consommation d'eau chaude, l'abondance de la lumière du soleil se transforme en un inconvénient et nécessite de protéger l'installation contre la surchauffe. Bien entendu, ce problème peut être résolu, mais malheureusement parfois à un coût considérable.
Il peut s'agir d'un système dans lequel le glycol est poussé hors du système collecteur par des vapeurs de fluide surchauffé, ou l'utilisation de capteurs sous vide avec caloducs, ou enfin l'investissement le moins cher - l'utilisation d'une automatisation qui verse l'excès d'eau chaude dans le système d'égouts.
Cette dernière méthode est malheureusement la plus coûteuse à utiliser, car l'eau propre et l'évacuation des eaux usées coûtent de plus en plus cher. Nous ignorons l'aspect éthique d'une telle solution - verser de l'eau potable chaude dans le réseau d'égouts.
Une solution au problème de la surchauffe produite par l'installation solaire en été, souvent proposée par les installateurs, est de chauffer l'eau de la piscine (si, bien sûr, nous ne l'avons que, ce qui n'est pas courant pour le moment).
À première vue, c'est une bonne solution, mais pourquoi chauffer l'eau d'une piscine où personne ne se baigne.
Comme vous pouvez le voir à partir des considérations ci-dessus, la sélection appropriée des collectionneurs n'est pas une question facile et il convient donc d'y prêter une certaine attention.
Des capteurs optimaux
Si l'on utilisait les données climatiques sur le rayonnement solaire, par exemple en Mazovie, il s'avérerait que la plus grande quantité d'énergie solaire de l'année tombe sur un plan incliné vers le sud à un angle de 30 °. Cependant, choisir une telle inclinaison de collecteur serait une erreur. Dans une telle position, ils fournissent le plus de chaleur pendant les mois de vacances, lorsque nous en avons le moins besoin.
L'inclinaison du capteur à un angle de 60 ° est beaucoup plus avantageuse. Il donne le plus d'énergie en automne, en hiver et au printemps. Si la surface des capteurs inclinés à un angle de 60 ° était choisie pour couvrir 100% de la demande de chaleur pour le chauffage de l'eau en avril, nous couvririons en moyenne 85% de cette demande en mars et septembre, 57% en février et octobre, et dans les trois mois les plus froids et les plus sombres de l'année. - jusqu'à 27%.
Bien sûr, le problème demeure, que faire avec le manque de consommation d'eau chaude pendant les vacances, mais il est plus petit qu'avec des angles d'inclinaison de collecteur plus petits.
Le capteur avec une inclinaison de 60 ° couvre jusqu'à 70% de la demande annuelle en eau chaude. Obtenir un tel résultat est possible à condition que des collecteurs sous vide avec des caloducs soient utilisés. Cependant, ces collecteurs sont beaucoup plus chers que les collecteurs plats.
Cependant, si l'on tient compte du fait que dans toute l'installation solaire, le coût du capteur ne représente que 30% de la dépense totale, alors même son double prix n'augmente les coûts d'installation que de 25%. Compte tenu de l'augmentation de 25 à 30% de l'efficacité du système pendant la période d'octobre à mars (une moyenne de 15% par an) et de la durée de vie de 20 ans du capteur, les coûts d'investissement du chauffage de l'eau chaude seront similaires à ceux des capteurs à plaques plates.
Dans le même temps, ces collecteurs résolvent les problèmes de surchauffe de l'eau. Lors du choix des capteurs sous vide, cependant, il faut tenir compte du risque élevé de leur faible qualité. Sans garanties fiables, leur utilisation peut nous exposer à des pertes.
Capteurs pour chauffer la maison
Les capteurs solaires, après une modification appropriée de l'installation, peuvent également supporter le chauffage du bâtiment. Cependant, l'utilisation de capteurs solaires à cette fin n'est pas encore économiquement viable, mais beaucoup de gens considèrent cette solution comme une sorte de sécurité pour l'avenir. Conscients que l'énergie coûtera plus cher, ils espèrent que l'utilisation de capteurs solaires réduira sa consommation.
Pour l'instant, cependant, dans notre partie de l'Europe, il n'est pas question d'installations efficaces et économiquement rationnelles avec des capteurs solaires qui chaufferaient la maison pendant toute la saison de chauffage. Le principal obstacle est que lorsqu'il fait le plus froid dehors et que nous avons le plus besoin de chauffage, la quantité d'énergie solaire que nous pouvons utiliser est très faible.
Il arrive souvent que l'installation ne fonctionne pas du tout 2-3 mois par an, quel que soit le type de capteurs utilisés. Une solution à ce problème serait de stocker l'énergie produite en été et en automne afin de l'utiliser pendant la saison de chauffage. Cela nécessiterait l'utilisation d'énormes réservoirs tampons remplis d'eau, dont la capacité serait légèrement inférieure à celle de toute la maison. C'est donc une solution coûteuse, caractérisée par un faible rendement et l'incapacité de «construire» le réservoir à l'intérieur de la maison.
Des travaux sont en cours depuis des années pour produire des réservoirs dimensionnellement acceptables remplis d'un matériau autre que l'eau, dont la capacité thermique serait comparable à celle d'un énorme réservoir d'eau. Pour l'instant, il n'est pas question d'utiliser des capteurs solaires pour préparer de l'eau chaude ou chauffer la maison, mais uniquement pour accompagner ces processus.
Conception d'une installation solaire
Pour soutenir la préparation d'eau chaude sanitaire, l'installation est choisie de manière à couvrir environ 50 à 60% des besoins énergétiques annuels à cet effet. Avec une installation mixte prenant en charge la préparation d'eau chaude et le chauffage domestique, cela représenterait environ 20-25% des besoins annuels. Il existe parfois des installations dans lesquelles l'investisseur cherche à accroître encore la couverture des besoins énergétiques annuels par les capteurs solaires. Cependant, l'augmentation du nombre de capteurs n'entraîne qu'une légère augmentation de la quantité d'énergie obtenue pendant la saison de chauffage et en même temps un excès d'énergie important en été. Ceci n'est bénéfique que dans les installations où l'excès de chaleur d'été est utilisé pour chauffer la piscine.
Construction de collecteurs pour supporter le chauffage de l'eau chaude
Les capteurs solaires utilisent l'effet de serre et les propriétés du verre. Les corps à haute température (y compris le soleil) émettent de la chaleur à l'aide d'ondes courtes. Et comme le verre transmet très bien le rayonnement à ondes courtes (verre dans les capteurs de haute qualité - 91-96%), et très peu - le rayonnement à ondes longues, l'énergie thermique du soleil atteint facilement l'intérieur du collecteur, provoquant le réchauffement de la feuille absorbante. L'absorbeur transfère la chaleur à la solution aqueuse de glycol. La manière dont le capteur reçoit la chaleur dépend de son type. Il existe deux groupes de collecteurs sur le marché: plat et tube à vide.
Collecteurs plats - ils sont en tôle recouverte d'un matériau qui absorbe bien le rayonnement solaire, auquel sont attachés des tuyaux remplis d'une solution d'eau glycolée. La feuille absorbante est placée dans une boîte en aluminium ou en plastique. En bas, entre l'enveloppe et l'absorbeur, se trouve une couche d'isolation thermique, généralement de la laine minérale. En haut, le collecteur est recouvert d'un verre de protection.
Les avantages du capteur à plaque plate sont un prix inférieur, une installation facile et un rendement élevé en été (en effet, le capteur à plaque plate a une couche de vitre qui ne retient qu'une partie du rayonnement solaire).
L'inconvénient est une efficacité moindre en hiver, lorsque la température extérieure est basse et que les pertes de chaleur du capteur sont d'une grande importance (le grand boîtier en aluminium et en verre transfère efficacement la chaleur à l'environnement).
Les capteurs plats sont généralement moins efficaces au cours de l'année que les capteurs à tube. Cependant, cela est vrai pour comparer deux collecteurs de même surface. Étant donné que les collecteurs plats disponibles sur le marché ont généralement au moins deux fois la surface d'un collecteur de tuyaux typique et que le prix d'un tel ensemble est inférieur, l'achat d'un collecteur plat est généralement plus rentable qu'un collecteur de tuyaux. Il vaut la peine d'envisager l'utilisation de collecteurs de tuyaux lorsqu'il y a peu d'espace sur le toit.
Capteurs à tube sous vide - il existe actuellement deux types de ces capteurs sur le marché: à flux direct et à caloduc.
- Avec flux direct. Un tel collecteur est constitué de plusieurs ou une douzaine de tubes de petit diamètre (8-10 mm), en forme de la lettre U. Chaque "tube en U" est placé dans une section en aluminium sur laquelle est glissé un tube de verre constitué de deux couches étroitement liées, entre il y a un vide. Il y a un miroir sous les tuyaux.
L'avantage de ce type de capteurs est une faible perte de chaleur en hiver et un fonctionnement efficace même avec une orientation défavorable du toit. Inconvénients - prix élevé, efficacité inférieure en été et sensibilité au manque à long terme de réception de chaleur.
- Caloduc. Dans ce type de collecteurs, à l'intérieur des tubes de verre, il y a un seul tube avec un liquide bouillant à basse température à l'intérieur. Le rayonnement solaire réchauffe le liquide qui s'évapore du bas du tuyau et se condense dans la partie supérieure - dégageant de la chaleur au facteur circulant dans l'installation.
Les avantages et inconvénients des collecteurs caloducs sont les mêmes que ceux à écoulement direct. De plus, ils peuvent être assemblés par étapes: d'abord les cadres, puis l'installation des tuyaux collecteurs. Ils ont également une protection partielle du glycol contre des températures trop élevées. Un inconvénient supplémentaire est la faible qualité de certains collectionneurs sur le marché.
Avantages de l'utilisation de capteurs
Nous supposons que notre maison modèle est habitée par 4 personnes qui utilisent 35 litres d'eau chaude par jour à 55 ° C. Cela signifie la consommation quotidienne d'eau de 140 l, pour laquelle nous sélectionnerons les collecteurs et la capacité du réservoir.
En supposant 1,5 m2 d'absorbeur pour 50 litres d'eau consommés par jour, cela nous donne 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Nous avons adopté deux capteurs plats d'une superficie de 2,33 m2 chacun. Pour obtenir le rendement adéquat de l'installation, nous avons choisi un réservoir d'une capacité d'environ 300 l (deux fois plus grande que la consommation quotidienne d'eau).
Nous pouvons considérer la sélection comme correcte, car sur la base de la simulation, nous avons vérifié qu'elle couvrirait environ 52,1% des besoins énergétiques annuels pour le chauffage de l'eau.
- Coûts d'investissement. La plupart des fabricants proposent des ensembles de base avec capteurs solaires, destinés aux maisons individuelles, sous forme d'ensembles complets. Le coût du forfait est d'environ: 8 000-12 000 (des différences de prix importantes résultent d'une grande variété de types et de qualité de composants).
Considérant l'utilisation de capteurs solaires comme une extension d'une installation conventionnelle avec chaudière à condensation, il faut déduire du coût de l'ensemble le coût d'un ballon standard de 150 l, qui serait utilisé dans une installation avec chaudière à condensation. Selon le fabricant et la technologie, nous devrions soustraire environ 2000-2500, puis le coût d'un paquet avec des capteurs solaires est de 6000-10000 plus la main-d'œuvre (1500-2000). Au total, ce sera de 7 500 à 12 000.
Théoriquement, on pourrait dire que l'utilisation d'une installation de capteurs solaires permet d'économiser environ 52% de l'énergie nécessaire pour chauffer l'eau, c'est-à-dire dans notre maison modèle - environ 143 m3 de gaz. Multiplié par le prix du gaz (2,3 / m3), nous pourrions déterminer les économies annuelles de gaz. Cependant, c'est une méthode très sujette aux erreurs.
Sur la base des résultats des parties précédentes du cycle, nous pouvons effectuer des calculs plus précis en analysant le coût total du chauffage de la maison et de la préparation de l'eau chaude pour chaque variante de maison. Une comparaison des coûts de fonctionnement de la chaudière à condensation elle-même et de la chaudière coopérant avec des collecteurs est présentée dans le tableau.
L'utilisation de capteurs solaires est certainement bénéfique. Cependant, avec les prix et la politique tarifaire actuels, ce n'est pas toujours une solution rentable.
Coût de l'eau chaude des collecteurs
En supposant une consommation d'eau chaude par habitant de 35 l / jour, dans notre maison, nous avons besoin d'environ 2665 kWh d'énergie pour la chauffer annuellement. En supposant que nous utilisons la source la plus chère, à savoir l'électricité (0,52 pour 1 kWh), il est de:
2665 kWh / an × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / an).
Sur ce montant, nous pouvons économiser 52% dans les installations avec capteurs plats, soit 1386 × 0,52 = 721.
En soustrayant de ce montant les frais d'électricité pour faire fonctionner les pompes de circulation du système solaire (environ 50 / an) et les frais d'entretien annuel de l'installation de 80 / an, nous réalisons 591 économies annuelles. En fait, ces avantages seront encore moindres, car la perte de chaleur sur le réservoir lui-même, en fonction de la qualité de l'isolation, est de 30 à 60 kWh par mois, ce qui augmentera le coût du chauffage de l'eau en hiver (en été nous avons quand même un surplus d'énergie solaire gratuite).
Le coût d'une installation solaire est en moyenne de 10000, y compris une subvention nette de 20% du Fonds national pour la protection de l'environnement (la subvention brute est de 45% des dépenses, sur lesquelles nous payons l'impôt sur le revenu et les frais bancaires). Ce montant, déposé dans un dépôt bancaire de 5,5%, nous rapporte 546 intérêts, ce qui équivaut à peu près au montant de l'épargne, sans risque technique (coûts d'échec possibles).
Nous obtenons un résultat tout aussi défavorable en analysant le temps de récupération de 10 000: 546 / an = 18,3 ans. Vous pouvez voir que les coûts sont payants dans une période proche de la durée de vie de l'installation.
De même, le coût de 1 kWh de chaleur du collecteur est comparable au coût de l'électricité: (10 000 + 20 ans × (50 / an + 80 / an)) :: (20 ans x 2 500 kWh / an × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Si l'on prend en compte le risque de défaillance dans la période d'exploitation de 20 ans, ce coût sera probablement encore plus élevé.
Économie d'eau Il
existe d'autres moyens de réduire la consommation d'énergie pour le chauffage de l'eau. Il s'agit de réduire la consommation d'eau en investissant dans des équipements économes en énergie. Ici, un investissement de 2000 (pour les robinets de lavabo sans contact, la douche à économie d'eau et les aérateurs très efficaces) permet de réduire la consommation d'eau chaude d'au moins 60%. Ainsi, nous économisons annuellement sur l'énergie: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, mais aussi sur les coûts de l'eau et de l'évacuation des eaux usées (environ 700). Cela donne un temps de récupération sensationnel de 2000: 1528 = 1,3 an.
D'ailleurs, on observe ici des interférences étatiques, empêchant la diffusion de solutions rationalisant la consommation d'énergie. Le règlement sur la certification énergétique des bâtiments a été rédigé de telle sorte que l'installation de robinetteries économes en eau, contrairement aux faits, n'améliore pas les indicateurs énergétiques.
Tout cela conduit à la conclusion que jusqu'à présent, la décision d'installer des capteurs solaires dans la maison est davantage due à des activités de marketing qu'à des raisons économiques.
Coût de l'installation solaire et subventions
Les coûts élevés des capteurs solaires sur le marché polonais sont largement générés par la politique de soutien de ces investissements par le Fonds national. Les tout premiers systèmes de soutien au financement des installations solaires pour les bénéficiaires collectifs ont entraîné une augmentation radicale des prix des collecteurs.
Il résulte directement du mode de financement de l'investissement. Le Fonds national finance un certain pourcentage des dépenses. Le résultat est que si nous voulons obtenir la subvention la plus importante, nous devons augmenter les coûts. Une tentative inefficace de réduire cet effet est l'introduction par le Fonds National de Protection de l'Environnement du coût limite d'installation au niveau de 2500 / m2 du collecteur. Cela a conduit à des prix à un niveau atteint en Europe par les collecteurs hybrides PV-T qui produisent de l'électricité et de la chaleur. Théoriquement, une politique alternative de soutien à l'installation de capteurs solaires est possible. Il suffirait de fixer un niveau de support constant, par exemple au niveau de 1000 / m2 de collecteur, bien sûr avec des exigences de qualité et d'efficacité élevées.
Ensuite, l'optimisation de la subvention, du point de vue du client, consisterait à trouver l'offre la moins chère répondant aux exigences de qualité, c'est-à-dire en minimisant la contribution propre.
Car aujourd'hui, en dehors du système de support NFOŚ, on peut trouver sur le marché une installation décente pour une famille de 4 pour 6000 (4m2), avec une subvention de 4000, ce qui est moins élevé qu'aujourd'hui, le coût pour l'investisseur ne serait que de 2000. Ainsi, le prix de 1kWh la chaleur pour chauffer l'eau chuterait à 0,18 / kWh et tous les toits seraient recouverts de capteurs solaires. La crainte d'un tel scénario est peut-être la raison pour laquelle la politique de subvention est différente. Cela entraînerait une réduction significative de la demande de chaleur.
Faut-il craindre la surchauffe des collecteurs?
Beaucoup de gens ont peur de laisser l'installation sans surveillance en été, lorsque les membres du ménage partent en vacances. En pratique, une installation correctement réalisée ne présente aucune menace pour l'utilisateur, et encore moins pour le bâtiment. Il est équipé d'une soupape de sécurité, à partir de laquelle le problème d'une éventuelle fuite de glycol peut être résolu en remplaçant un récipient supplémentaire. De plus, il y a un vase d'expansion dans l'installation, qui compense les fluctuations de pression liées au chauffage et au refroidissement cycliques de l'installation. Dans une installation correctement réalisée et entretenue, le vase d'expansion empêche pratiquement la soupape de sécurité de s'ouvrir.
Un plus grand danger dans l'installation est le risque de destruction du fluide caloporteur, c'est-à-dire une solution aqueuse de propylène glycol, dans le cas d'un manque à long terme de réception de chaleur dans l'installation et la température restant au-dessus de 140-150oC. Presque tous les collecteurs à plaques plates peuvent atteindre cette température. Les collecteurs tubulaires peuvent atteindre même 220-270oC. Dans ces conditions, le milieu est stratifié et les dépôts difficiles à éliminer de l'installation apparaissent. Il arrive parfois que l'installation avec des capteurs solaires, remplie pendant la phase de construction d'une maison, ne puisse pas être mise en service après plusieurs mois de non-utilisation. Les boues générées dans l'installation vont aux filtres,séparateur d'air ou pompe de circulation et bloque efficacement le débit. Pour cette raison, il est important de couvrir les capteurs au stade de l'installation et de ne pas les remplir tant qu'ils ne sont pas utilisés. Les règles d'installation des capteurs doivent toujours être consultées avec le fabricant.
Lors du fonctionnement de l'installation, différentes méthodes sont utilisées pour protéger le fluide contre la surchauffe. Par exemple, certains contrôleurs ont la fonction de refroidissement nocturne de l'installation. Une autre solution consiste à utiliser des vannes thermostatiques qui, après avoir dépassé un certain niveau de température, évacuent une partie de l'eau chaude du réservoir vers le système d'égouts en l'alimentant en eau froide. Ces deux méthodes ne sont pas idéales en raison d'une consommation d'énergie et d'eau supplémentaire inutile. Pour cette raison, d'autres méthodes de sécurisation du facteur ont été recherchées.
Avec les collecteurs tubulaires, un réservoir de grande capacité peut être utilisé (plus de 80 l pour 1 m2 d'absorbeur de capteur), qui n'atteint une température élevée qu'après plusieurs jours de chauffage intense. Une autre méthode est l'utilisation de collecteurs caloducs, dans lesquels, en l'absence de réception de chaleur dans l'installation, la saumure s'évapore, ce qui ne transfère pas de chaleur à la solution eau glycolée.
Dans les collecteurs à plaques plates, une protection efficace du milieu s'avère être l'utilisation d'un absorbeur sinueux.
Les systèmes de drainage ou avec retour par gravité du fluide, dans lesquels les collecteurs restent vides pendant l'absence de réception de chaleur, sont également une bonne solution.
