Énergie solaire dans les bâtiments àconsommation énergétique nette zéro

Yves Poissant, Ph.D.CanmetÉNERGIERessources naturelles Canada

Technologies solaires

Les technologies solaires sont généralement catégorisées comme solaires passives ou solaires actives selon l’approche qu’elles utilisent afin de convertir et distribuer l’énergie solaire.

Plusieurs technologies convertissent la lumière en énergie utilisable dans le bâtiment:

La conception solaire passive pour le chauffage et la climatisation, l’éclairement naturel

L’énergie solaire thermique pour le chauffage de l’espace, de l’eau et la climatisation

L’énergie solaire photovoltaïque pour la production d’électricité

Évolution du coût d’achat d’un module solaire PV

Données: Ressources naturelles Canada

Le coût moyen d’un module PV module a diminué de 6x au Canada depuis 2004

Coût moyen d’un système PV résidentiel raccordé au réseau en 2014: 3.00 - 4.00 $/W

-17%

0.95

2013

-11%

0.85

2014

-10%

5.53

2004

-22%

4.31

2005

+24%

5.36

2006

-17%

4.47

2007

-13%

3.91

2008

-15%

3.31

2009

-31%

2.27

2010

-33%

1.51

2011

-24%

1.15

2012

Variation %

ModuleCAD/Watt

(moy. pond.)

Année

Plan

Systèmes solaires photovoltaïques

Principes de la conception nette zéro

Étude de cas bâtiment résidentiel – Maison ÉcoTerraMC

Étude de cas bâtiment institutionnel – Bâtiment John Molson

Initiatives de recherche reliées à la conception nette zéro

Ressources et outils

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Composants d’un système PV intégré au bâtiment

[source: Ressources naturelles Canada]

http://www.hydroquebec.com/tarifs/autoproduction/index.html

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Hydro-Québec – Option de mesurage net pour autoproducteurs

Deux fonctions:

Électricité

Revêtement ou autres

Aucun coût additionnel pour le terrain

Aucun coût additionel pour la structure

Aucun coût de stockage (réseau)

Aucune perte résultant de la distribution

Possibilité de récupérer la chaleur du toit PV et de maximiser la production d’énergie

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Avantages des applications intégrées au bâtiment

Solarworld 245 W Silicium monocristallin

Kyocera 40, 65, 85 W Silicium polycristallin

Unisolar 30 W Silicium amorphe

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Module solaire photovoltaïque

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Concepts architecturaux semi-transparents

http://www.ssisolar.com/Solar Scape Innovations Inc.

Suntech Power(Chine)

Schüco(Allemagne)

Dow Solar’sPowerhouse(États-Unis)

Just Roofc-SiToiture

Prosol TF E2 façadea-SiFaçades, pare-soleils et fenêtres

Tuiles solaires CIGS

Dow CIGS solar tiles(Source:

http://www.dowpowerhouse.com)

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Concepts architecturaux semi-transparents

( Source: http://www.schuco.com )

(Source: http://www.pv-tech.org)

Support commercial lesté « ballasted »

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Méthodes d’intégration

Support à plat

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Méthodes d’intégration

20 kW, Varennes3 kW, Regina

120 kW, St. Isidore30 kW, Casselman

Sur les toits

Énergie solaire photovoltaïque (PV)Exemples d’intégration au bâtiment

D’abord... Sachez reconnaître les logos

Ensuite... Vérifiez pour quelle norme le produit est certifié dans le répertoire du centre

d’essai

Logos de certification

CSA

UL

Intertek

TÜV

Composant

Utilisationspécifique

L’énergie solaire et les normesNormes de produit – Savoir les reconnaître

Silicium monocristallin (sc-Si)

Silicium polycristallin(mc-Si)

CAN/CSA-C61215:08 (Performance)CAN/CSA-C22.2 No. 61730-1-2:11 (Sécurité)

CAN/CSA-C61646:10 (Performance)CAN/CSA-C22.2 No. 61730-1-2:11 (Sécurité)

Silicium amorphe (a-Si)

Cuivre indium galliumsélénium (CIGS)

Silicium cristallin Couches minces

Tellurure de cadmium (CdTe)

L’énergie solaire et les normesNormes de produit – Modules photovoltaïques

UL: http://database.ul.com/cgi-bin/XYV/template/LISEXT/1FRAME/index.htmlmot clé: QIGU7 (PV Modules and Panels Certified for Canada)

CSA: http://directories.csa-international.org/Class 5311-10 (POWER SUPPLIES-PV Modules and Panels)

Onduleurs: CSA C22.2 C107.1-01 General Use Power Supplies (clause 10 traite des onduleurs)

L’énergie solaire et les normesNormes de produit – Onduleurs et autres composants PV

Résistance des câbles aux UV: État en 2005 de câbles installés en 1992

CSA C22.2 No. 271-11 - PV Cables

Code de construction du Québec (C22.10)Chapitre V – Électricité Section 0 à 14 & 26 : Installation générale Section 50 : Systèmes solaires

photovoltaïques Section 84 : Interconnexion des sources de

production d’électricité

Guide des meilleures pratiques CSA SPE-900 Analyse structurelle du toit et des supports Bâtiments résidentiels, commerciaux

institutionnels Toit plats et inclinés, différentes membranes

L’énergie solaire et les normesNormes d’installation – Systèmes solaires PV

Bâtiments net zéro: principes de conception

Partir du bon pied Conception solaire passive et enveloppe du bâtimentétanche et isolante

Consommer de façonefficaceRéduction de la demandeen énergie

Comportement des occupantsStratégies d’opération visant àéviter le gaspillage

Intégration des technologies d’énergies renouvelables

Proportion de la contribution au bilan énergétique

Conception solaire passive(Orientation, forme, ouverture)

Efficacité énergétique(Équipements et technologies efficaces)

Électricité(Solaire, éolien)

Chauffage(Solaire, thermopompe)

Phase II:Combler les besoinsrestants avecénergies renouv.

Phase I:Réduction de

la demande

Coû

t rel

atif

Enveloppe du bâtiment(Enveloppe, matériaux, fenêtres)

Consommation électrique résidentielle au Canada

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Conventional R2000 AdvancedHouses

Ener

gy C

onsu

mpt

ion

(kW

h)

Space CoolingLightingAppliancesWater HeatingSpace Heating

Une maison net-zéro produit autant d’énergie qu’elle en consomme annuellement àpartir d’énergies renouvelables disponibles sur le site.

La quantité d’énergie solaire incidente annuellement sur le toit d’une maison au Québec excède sa consommation énergétique.

Source: Ressources naturelles Canada

L’initiative de démonstration de maisons durables EQuilibriumMC au Canada

Débutée en 2007, collaboration gouvernement - industrie Norme minimale R-2000 (série de critère de performance

résidentielle supérieure aux codes du bâtiment) Objectif: démontrer 12 maison NZÉ à travers le pays https://www.cmhc-schl.gc.ca

Maison ÉcoTerraMC - Projet de démonstration

Système PV-T de 2.8 kW électrique

Conception solairepassive:Fenêtres à vitragetriple et masse thermique

Pompe géothermique

Partenaires: Maisons Alouette, U. Concordia, RNCan, SCHL, Hydro-Québec, RégulvarMaison préfabriquée conçue nette zéro

Maison ÉcoTerraMC - Principales caractéristiquesChauffage solaire passif

Grande fenestration au sud (RSI 1)

Dalle de béton Stores motorisés

PV/T intégré Refroidissement du

panneau PV Séchage Chauffage de l’eau Stockage de chaleur

Pompe géothermique Chauffage/

Climatisation air forcé Chauffage de l’eau

Source: SCHL

Source: Doiron, M.

Maison ÉcoTerraMC

Résultats mesurés vs modélisation

Près de 3 000 kWh de consommation inattendue!

Chauffage garage

Maison ÉcoTerraMC – Ventilation des coûts

35 k$Énergie renouvelable (Géothermie)

Composant Coût additionel comparé à une maison conventionelle au Québec

Enveloppe du bâtiment 20 k$

Solaire passif 15 k$

Réduction de la conso. électrique 3 k$

Réduction de la conso. eau chaude et VRC

2 k$

Énergie renouvelable (PV/T) 30 k$ + 15 k$

Coût additionel total 130 k$Source: http://www.annex32.net/pdf/System_concepts/System_Concept_CA_EcoTerra_NZEB.pdf

Bâtiment John Molson School of BusinessU. Concordia Démonstration PV/T intégré au bâtiment (BIPV/T)

Partenaires: Université Concordia, Conserval, Day4 Energy, Schneider –Xantrex(Financé par le fonds TEAM de RNCan)

Superficie de 288 m2

Produit électricité (25 kW) et préchauffage de l’air (>75 kW)

Système forme le mur extérieur du bâtiment (pas un ajout)

Salle mécanique située directement derrière la façade BIPV/T

Système BIPV/T – Principe de fonctionnement

26

25 kW électrique

>75 kW thermique

Air frais

Modules PV conçus sur mesure Cavité

Onduleur

Mur solaire

Ventilateur

Isolant

Air frais préchauffé

Rendement conjugué de 55%

Salle mécanique

Prise d’air (1 / 3)

Installation du mur solaire

Cavité

Prises d’air

Une technologie de type mur rideau pourrait réduirele temps d’installation

Processus d’installation

Système prototype

Attaches conçues pour fixer les modules et permettre un écoulementd’air

Une intégration plus étroite du module PV au mur solaire permettraitd’optimiser le système

Production d’énergie 2012

Production électrique annuelle: 20 MWh/anProduction d’énergie thermique utile annuelle: 55 MWh/an

Mois

Énergiethermique

Énergieélectrique

Éne

rgie

pro

duite

(kW

h)

Source: Bambara, J.

Surface de 300 m2

Potentiel de 3 000 m2

Distribution annuelle de la production électrique du système solaire photovoltaïque de 130 kW

Bibliothèque de Varennes

Bibliothèque de Varennes

Affichage intérieur

Vers l’objectif net zéro

Système dubâtiment

Bâtiments courants Bâtiments intelligents futurs àconsommation énergétique nette zéro

Structure de l’immeuble

Passif, non conçu en tant que système énergétique

Optimisés selon la conception solaire passive et l’intégration des systèmes solaires actifs

Chauffage & climatisation

Systèmes surdimensionnés

Petits systèmes contrôlés de façon optimale; avec intégration du solaire en cogénération; Communautés: stockage saisonnier et systèmes énergétiques de quartier

Systèmes solaires/ renouvelables

Aucune intégration systématique – fait après coup

Complètement intégrés: éclairement naturel, solaire thermique, PV, hybride, systèmes géothermiques, biocarburants

Opération du bâtiment

Systèmes d’automatisation utilisés inefficacement

Contrôles prédictifs pour l’optimisation du confort et performance énergétique; prédiction de la demande

37

Agence internationale de l’énergie - Solar Heating and CoolingTâche 40: Vers les bâtiments solaires à consommationénergétique nette zéro

www.solarbuildings.ca

Objectif: Définir clairement et avec consensus international, les mesures de performance de bâtiment qui pourraient informer les politiques, les programmes et l’adoption par l’industrie des bâtiments solaires à consommation énergétique nette zéro.

Période: oct. 2008 – sept. 2013

OBJECTIF:Effectuer la recherche qui faciliteral’adoption àgrandeéchelle des bâtimentsnette zéroénergie au Canada d’ici2030.

Thème 1: Systèmes solaires et systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) pour les bâtimentsThème 2: Systèmes actifs pour l’enveloppe du bâtiment et technologies solaires passivesThème 3: Stockage thermique de moyen à long terme pour les bâtiments et les collectivitésThème 4: Stratégies de fonctionnement pour les bâtiments intelligentsThème 5: Transfert de la technologie, outils de conception et contribution à la politique nationale

www.solarbuildings.ca

Réseau de recherche stratégique du CRSNGsur les bâtiments intelligents à consommation énergétique nettezéro (2011-2016)

40

Universit

és Gouvernement

/ONG

Serv

ices

pub

lics

Industrie de la constructionIngénieurs, architectes…

Fabricants

Réseau derecherche

Partenariats

Ressources et outils

Cours Énergie solaire dans les bâtiments efficaces• Donné par Contechhttp://contech.qc.ca/

Outils de calculs et de conception solaire• RETScreenhttp://www.retscreen.net/

Cartes du potentiel solaire et photovoltaïque du Canadahttps://glfc.cfsnet.nfis.org/mapserver/pv/index_f.php

Les bonnes adresses• Énergie solaire Québechttp://www.esq.qc.ca

Financement• Programme d’aide à l’installation d’équipements solaires http://www.efficaciteenergetique.mrnf.gouv.qc.ca

• Fonds municipal verthttp://www.fcm.ca/accueil/programmes/fonds-municipal-vert.htm