Objectifs du projet

Le but n°1 est de chauffer de l'eau sanitaire qui représente une part importante de la consommation des ménages. Dans le résidentiel, l’eau chaude sanitaire (ECS) est un poste de consommation énergétique important puisqu’il représentait, en 2012, 12,1 % de la consommation d’énergie moyenne, contre 61,3 % pour le chauffage et 7 % pour la cuisson.

Le deuxième objectif est de faire simple et plutôt économe en ressources naturelles et donc de réaliser une installation photo-voltaïque a minima : pas de batterie, pas d'électronique, pas de modification du chauffe-eau.

Les avantages du photo-voltaïque par rapport à un capteur thermique sont l'absence de fluides : pas de plomberie, pas de surchauffe en été, pas de gel en hiver, pas de fuites... Le désavantage majeur, c'est le rendement : 20 % au lieu de 70%. Il faut donc plus de surface, et le coût risque d'augmenter.Il vaut mieux avoir un besoin supplémentaire pour justifier le projet : ici, on voulait abriter une partie de la terrasse pour le soleil en été et la pluie en hiver. La surface des capteurs (10 m²) correspond bien à cet objectif et offre la couverture souhaitée.

Le Principe

Pas de modification du chauffe-eau : il faut que la tension en sortie des capteurs atteigne une valeur voisine de 230 V, ce qui impose de prendre 6 capteurs, vu qu'on ne veut pas d'électronique. Le CE fait 2 kW, il faut donc 6 capteurs d'une puissance voisine de 300 W.

Pas de batterie, c'est le chauffe-eau qui fera donc batterie : 300 litres à 65°C au lieu de 45°C équivalent à 7 kWh et 14 kWh pour 85°C. L'équivalent batterie pèserait 420 kilogrammes en Plomb et 140 kilogrammes en Lithium et coûterait à chaque cycle. Le coût par cycle pour le plomb serait de 6€ et de 2 € pour le Lithium : adieu les économies escomptées!

Donc, tant qu'y a du soleil, il faut chauffer (les périodes de pluie peuvent durer un poil par chez nous...).

Donc, tant que la température maximum du CE n'est pas atteinte (80°C pour certains), la température varie, ce qui est gênant voire dangereux. Pour éviter ça, en sortie on monte une vanne mélangeuse qui redescend la température à 45°C en injectant de l'eau froide. Il faudra aussi installer un coupe-circuit lorsqu'on atteint la température maximum. Si la température du CE descend plus bas que le minimum (45°C), on déclenche un relais et EDF alimente le CE jusqu'à remonter à 45° (on peut le faire par tranches horaires et pas chauffer tout le CE d'un coup, histoire d'attendre un lendemain lumineux). Le thermostat est situé en partie basse du CE cf principe. Pour savoir comment se répartit l'eau chaude dans le CE, il faudrait rajouter quelques sondes de mesure à différentes hauteurs du CE.

La Réalisation

Le plus difficile, c'est de faire les plans et de les soumettre en mairie pour obtenir le permis de construire.

A la main, quand ce n'est pas trop compliqué File:facade_est_ouest_avec_auvent.pdf *File:facade_sud_avec_auvent.pdf ou bien avec sketchup par exemple.

Pour l'installation décrite ici, on a choisi un auvent de 3 mètres x 3.20 mètres, soit deux rangées de 3 capteurs et non pas une seule rangée de 6 capteurs qui produisait trop d'ombre sur la baie vitrèe. Choix de la structure : soit en bois, soit en acier (galvanisé de préférence); ici on a pris l'acier galva, plus discret sur la terrasse et plus facile à maintenir.

Il faut tenir compte du poids des matériaux, mais aussi de la force du vent. Pour 10 m², la force exercée par le vent peut se calculer par la formule suivante :

T= 0.5 X Cx \ densité X v² X S = 600 daN pour une incidence orthogonale, soit 150 kg par poteau central et 75 kg pour les poteaux latéraux. Si la rafale arrive par en dessous la surface, on aura une force d'arrachement : ne pas oublier de couler les poteaux dans la dalle...

T : Force du vent [N] Cx : Coefficient de pénétration de l’air P : Masse volumique du vent ou densité (1.2 kg/m3 pour l'air à 20°C) v : Vitesse du vent [m/s], tempête force 11 (31.6 m/s) S : Surface exposée au vent [m²]

Cette formule est valable pour n’importe quel domaine où il faut déterminer la force du vent. Il n’y a que les valeurs de ces variables qui changent en fonction des cas et des situations. La première valeur de cette formule est le coefficient de pénétration de l’air désigné par Cx. Sa valeur varie en fonction de la surface frontale sur laquelle le vent va s’exercer. Sa valeur est toujours comprise entre 0,07 et 1,4 et peut aller de la forme ovoïde à la demi-sphére. Dans le cas qui nous intéresse, c’est à dire une surface plane verticale qui fait face au vent, on a une valeur de Cx toujours égale à 1. Le capteur pèse 20 kg, 80 kg de tube carré, 10 kg de gousset et brides, un peu d'habillage par la suite; d'où un total de 200 kg pour l'ensemble. On compte 50 kg par poteau central et 25 kg par poteau latéral.

Le matériel

Les modules commandés en 2020 sont les M60 White 40 mm PERC GZX 1.20M 290W 0+/5W Fichier:Silla modules ST S00002669-1.pdf

On peut acheter ça pour fixer les panneaux (100 Euros pour les 6 panneaux) et ça pour fixer les rails sur les poutres bois. On peut encore faire plus simple et coller directement les panneaux sur une structure en acier galvanisé avec du MS-polymère par exemple, ou bien du polyuréthanne. Attention à maintenir un joint de 3-4 mm d'épaisseur, trop fin, les variations thermiques vont décoller le capteur.

Pour calculer la tenue mécanique de la structure, le site de http://jean.lamaison.free.fr/flexion.html est parfait.

Il vaut mieux faire le calcul avant d'acheter la ferraille qu'après! Le tube retenu : carré de 30 mm x 30 mm x 2 mm était trop flexible sur 3 mètres de portée et pour tenir les normes de contraines admissibles, on a du le doubler.Fichier:Note de calcul.pdf

Mieux vaut éviter la soudure sur l'acier galva et réaliser les assemblages par des rivets et des brides (plates ou en tige filetées). Les brides plates et les goussets de renfort ont été fabriqués au moyen de la découpeuse plasma du FabLab.

La partie électrique

Il faut être très prudent dans l'usage du courant continu : les relais courant alternatif ne conviennent pas (surtout ne pas utiliser directement le thermostat du CE!) et il faut bien séparer les tableaux électriques respectifs, via un deuxième relais de découplage en Y. Lorsqu'on est en position courant continu (alimentation PV), il faut impérativement d'abord couper le courant avec le relais spécial courant continu puis basculer le relais de découplage vers EDF. En effet, le courant continu est très difficile à couper : il génère un arc qui ionise l'air (genre arc de soudure) et comme la tension ne passe pas à zéro, cet arc s'éteint difficilement (c'est pratique pour souder) et il peut donc déclencher un feu si les choses se passent mal. Dans mon cas, je coupe le 220 V continu avec un Relais à semi-conducteurs marque CRYDOM - Montage industriel PM IP00 SSR 400VDC /12A, 3.5-32VDC In . Il est commandé par le thermostat du chauffe-eau qui commute la tension de pilotage comprise entre 5VDC et 32VDC.

Les Prix

Les 6 capteurs Recom-Sillia reviennent à 700 €, l'acier galvanisé chez Prolians/CMB à 300 €, le mastic-colle à 25 € chez Action, les relais et les câbles quelques € chez ROMI, la vanne mélangeuse à xx €, le thermostat de sécurité haute à xx €, les goussets et brides quelques € chez FabLab. Le relais Crydom revient à 120€ chez RS. Il faut aussi le relais de découplage : 60€.

Si on estime à 800 kWh par an fournis par les PV, cela fait donc 120 €/an : amortissement en 10 ans.

Les matériaux de la terrasse sont estimés à 2000 € chez Point P.

La main d'oeuvre?

Les photos