Chauffer de l’eau … solaire à l’aide de panneaux photovoltaïques!

C’est cette solution que j’ai choisi de creuser.

Pourquoi? Comme nous l’avons vu précédemment, c’est un moyen de stocker de l’énergie « intermittente » facilement. De plus nous avons toujours besoin d’eau chaude 🙂

Comment fonctionne un chauffe eau électrique:

C’est une cuve remplie d’eau, où une résistance est plongée. Cette résistance chauffe lorsqu’un courant la traverse. Rien de plus simple. Cette résistance possède une valeur invariable (en Ohm) et définit la puissance du chauffe eau.

Ainsi un chauffe eau de 1800W possédera une résistance de: P=U²/R ou R=U²/P soit 32 Ohm (U =240V efficace).

Cette résistance n’est pas bien différente des résistances électroniques: elle est régit par les mêmes principes, peut être alimentée avec une tension alternative (cas standard) ou continue. Elle est par contre isolée et très faiblement selfique.

Dans les cas standards, le chauffe eau est alimenté via la tension secteur. Il possède un thermostat qui coupe l’alimentation une fois la température atteinte.

Pilotage d’un chauffe eau:

Dans le cas d’une utilisation heure pleine/ heure creuse (je reste très sceptique quant à l’utilisation de cet abonnement dans beaucoup de cas) le chauffe eau est mis en route lorsque le fil pilote provenant du fournisseur s’active. Il est présent sur les tableaux électriques. Ainsi la résistance se « met en route » pendant cette période.

La première idée très simple qui pourrait venir serait de piloter en ON/OFF lors du pic d’ensoleillement. Le chauffe eau se mettrait en route par exemple à 14h.

Par contre comme nous l’avons vu, la production de la première partie de la journée serait perdue. De plus la puissance consommée étant de 1800W, seulement la moitié environ (pour une installation de 1kWc) serait masquée par les panneaux. Une ou deux heures après, le chauffe eau plein, le thermostat se déclencherait et le reste de la production solaire suivante serait aussi perdue. En cas de variation d’ensoleillement, comme lors d’un passage nuageux, l’écart serait encore plus important.

Même s’il apparaît très simple, ce système n’est pas optimal.

Modulation de la puissance injectée dans le chauffe eau:

Ce système permet de « moduler » la puissance injectée dans la résistance, qui je le rappelle est fixe. Avec une tension continue, cela serait l’équivalent de changer la valeur de la tension. Cette modulation est fonction de la puissance délivrée par les panneaux! (Ou nous le verrons injectée sur le réseau).

Par contre la tension secteur est alternative! Un signal de 50Hz (presque sinusoïdal…) de tension efficace 240V (680V crête crête).

Comme la moduler: tout simplement comme un variateur de lumière (pour halogène par exemple) le fait. Nous envoyons :

  • soit quelques périodes, suivi de « silence »
  • soit une fraction de la période
Modulation en onde entière
Modulation en onde partielle

La première solution possède l’avantage de ne pas générer trop d’harmonique du signal 50Hz. Elle est peu bruyante et relâche les contraintes sur le commutateur (qui ne se commute que quand la tension est à environ 0V, donc limite les échauffements)

La seconde possède l’avantage de fournir une tension permanente.

Les 2 solutions fonctionnent sur le même principe: on vient couper l’alimentation toutes les périodes pour injecter de manière évolutive la puissance au chauffe eau.

Note: bien entendu, cette commutation n’est pas réalisée à l’aide d’un système mécanique (interrupteur) ou électro mécanique (relais): il faudrait l’ouvrir et le fermer 50 fois par seconde ce qui n’est pas réalisable.

Lorsque la production solaire est de 600W par exemple, dans le premier cas nous envoyons 1 alternance toutes les 3 alternances pour une résistance demandant 1800W (1/3).

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