L'énergie solaire peut être utilisée pour effectuer toutes sortes de travaux dans la maison, de l'électricité pour les lumières et les appareils au chauffage d'une piscine, d'un spa, d'une douche ou d'une pièce. Mais le bon fonctionnement d'un système solaire pour vous dépendra de dizaines de facteurs, notamment votre lieu de résidence, votre exposition au soleil, votre tarif d'électricité, ce que vous payez pour le chauffage, votre budget et votre engagement à puiser dans l'énergie solaire plutôt que vos fournisseurs actuels.
Le cœur de tout système solaire actif, qu'il fournisse de l'électricité ou de la chaleur, est le capteur (parfois appelé panneau ou module). Les systèmes passifs reposent sur des forces naturelles pour fonctionner, telles que le mouvement de la chaleur du froid vers le chaud et le fait que les fluides chauds montent. À l'inverse, un système actif nécessite d'autres équipements, tels que des ventilateurs, des pompes et des onduleurs, pour utiliser l'énergie que vous captez du soleil.
TYPES DE COLLECTEURS COURANTS
Il existe essentiellement deux types de capteurs solaires, électriques (ceux qui convertissent les rayons du soleil en électricité) et thermiques (ceux qui les convertissent en chaleur). Les deux se trouvent généralement sur les toits, bien que les réseaux puissent également être montés au sol ou sur poteau.
Panneaux électriques solaires (parfois appelés modules photovoltaïques ou photovoltaïques) sont généralement composés de plaquettes de silicone de la taille de cellules solaires, câblées et assemblées en un panneau ou un module. Ils ont souvent une dominante bleue ou verte, mais peuvent aussi être noirs. Les types les plus courants de capteurs solaires électriques résidentiels sont :
• Modules photovoltaïques cristallins
constituent la grande majorité des capteurs solaires électriques du marché. Ils sont fabriqués en découpant des lingots de cristal de silicium artificiels, ou des pains, en plaquettes, chacune portant un électron positif et négatif. Les plaquettes sont câblées ensemble pour former des modules et les modules sont câblés ensemble pour former des matrices. Lorsque les plaquettes sont frappées par la lumière du soleil, un courant électrique passe des contacts avant aux contacts arrière, répartissant la charge de module en module.
• Modules et stratifiés à couche mince sont réalisés en déposant divers matériaux semi-conducteurs en couches très minces sur divers substrats, notamment du verre et des supports souples. Eux aussi produisent de l'électricité. Si le matériau semi-conducteur est protégé par du verre, les capteurs solaires à couche mince sont appelés modules. Lorsque le matériau semi-conducteur a une enveloppe de protection souple, ils sont appelés stratifiés.
Les modules à couche mince et les stratifiés ne représentent cependant qu'une petite fraction des ventes totales de modules solaires, en partie du fait qu'ils nécessitent jusqu'à quatre fois plus d'espace sur le toit pour produire la même puissance de kWh/an. L'application résidentielle qui a suscité le plus d'intérêt pour le photovoltaïque à couche mince concerne les toits métalliques à joint debout (entre les joints verticaux) et les bardeaux solaires.
Capteurs solaires thermiques sont utilisés pour des applications de chauffage, sont généralement plus volumineux et se détachent un peu plus du toit. Il y a quand même beaucoup d'exceptions. Certains capteurs thermiques ressemblent à de grandes boîtes plates ou sont munis de réservoirs cylindriques. D'autres consistent en une série de gros tubes de verre. Les types les plus courants de capteurs solaires thermiques comprennent :
• Capteurs thermiques plats, conçus pour le chauffage, sont généralement des boîtiers rectangulaires de 4″ à 5″ d'épaisseur avec des couvercles en verre sur le dessus. À l'intérieur de l'enceinte se trouve une feuille absorbante noircie avec des passages intégrés à travers lesquels un liquide s'écoule pour évacuer la chaleur du soleil. Le liquide chauffé peut ensuite être utilisé pour l'eau domestique ou pour le chauffage des locaux. Les tubes traversent le boîtier du collecteur, de sorte qu'il peut être connecté à des collecteurs supplémentaires ainsi qu'au réseau d'alimentation et de retour. Le liquide qui circule dans le collecteur est généralement de l'eau ou de l'antigel (glycol), ou une combinaison des deux.
• Collecteurs à tubes sous vide, un nouveau type de collecteur thermique, est constitué d'une rangée de tubes sous vide, chacun avec sa propre plaque absorbante et ses propres tubes. Le liquide évacue la chaleur de la plaque absorbante, tout comme il le fait avec un collecteur thermique conventionnel. L'utilisation de collecteurs à tubes sous vide a augmenté ces dernières années, mais ils représentent encore un petit pourcentage du marché actuel.
• Capteurs thermiques non vitrés sont généralement extrudés à partir d'un polymère noir et comprennent une série de tubes à travers lesquels le liquide à chauffer peut être pompé. Les capteurs thermiques non vitrés conviennent aux applications à basse température, telles que celles utilisées pour chauffer les piscines et les spas.
• Collecteurs d'air chaud ont tendance à être plus grands que les capteurs qui chauffent le liquide, couvrant parfois tout un mur extérieur d'un bâtiment. Par conséquent, ils sont plus souvent utilisés dans des applications commerciales. Certains capteurs à air chaud, également appelés capteurs « refroidis par air », sont vitrés. De tels collecteurs sont utilisés pour le chauffage des locaux. Il n'y a pas grand-chose qui puisse mal se passer avec eux, car le gel et la surchauffe ne sont pas des problèmes.
COMMENT FONCTIONNENT LES SYSTÈMES SOLAIRES
Les capteurs solaires électriques convertissent directement le rayonnement solaire en électricité, qui peut être utilisée immédiatement, stockée dans des batteries ou envoyée au réseau électrique. Dans ce dernier cas, le propriétaire reçoit un crédit pour ce qui est produit, réduisant ainsi sa facture d'électricité. 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. Le réseau est également là comme une sauvegarde pour les périodes nuageuses, lorsque vous ne produisez pas beaucoup d'électricité solaire.
Les capteurs thermiques convertissent l'énergie solaire en chaleur. Le rayonnement frappe la plaque absorbante et la chaleur est aspirée par le liquide ou l'air. Des dispositions doivent être prises pour faire face à la surchauffe des systèmes refroidis par liquide, lorsqu'il n'y a pas de demande de chaleur. Si de l'eau est utilisée, des dispositions pour la congélation doivent être prises. La chaleur peut être utilisée immédiatement ou stockée pour une utilisation ultérieure. Dans les systèmes de chauffe-eau solaire, un réservoir stocke l'eau chaude. Dans le cas des piscines, la piscine sert de réservoir de stockage.
Dans le chauffage solaire des locaux, la chaleur peut être stockée dans de grands réservoirs d'eau ou dans un certain type de maçonnerie, y compris des bacs remplis de pierre. L'air chauffé peut être distribué dans différentes 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 sur la base de données des incitations de l'État pour les énergies renouvelables et l'efficacité (DSIRE).
En général, les applications de chauffage d'eau chaude sanitaire et de chauffage de piscine ont les retours sur investissement les plus courts (5 à 7 ans) et nécessitent les investissements les plus faibles (3 000 $ à 10 000 $ avant incitations). Les installations coûtent moins cher dans les climats où les températures glaciales 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 nettement inférieurs.
Les programmes de location, s'ils sont disponibles dans votre région, réduisent également considérablement le coût d'installation d'un système. Le chauffage solaire des locaux nécessite également un investissement important, à moins que vous ne souhaitiez simplement chauffer une ou deux pièces du côté sud de votre maison.
Quel que soit le type de système solaire que vous envisagez, commencez dès maintenant à économiser l'énergie. Il en coûte beaucoup moins cher d'éteindre les lumières, de prendre des douches plus courtes et d'isoler le grenier et les murs que d'installer un réseau de capteurs solaires !
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Note de l'auteur : en plus d'être un contributeur fréquent de BobVila.com, Joe Provey est co-auteur, avec Everett M. Barber, de Convert Your Home To Solar Energy (The Taunton Press, 2010)