Le feuillet d’information suivant fait partie de la série générale Votre maison.

Les installations photovoltaïques (PV)

Survol des installations photovoltaïques (PV)

Les installations PV servent à convertir en électricité l’énergie du rayonnement solaire. Elles sont sécuritaires, fiables et exigent peu d’entretien. Cette source d’électricité solaire ne produit ni polluants, ni émissions sur place, elle est peu coûteuse à exploiter et on peut aisément installer les systèmes requis sur la plupart des maisons au Canada. Les installations PV se déclinent en deux grandes catégories : installations hors réseau et installations raccordées au réseau. Le mot « réseau » désigne l’infrastructure publique du fournisseur local qui alimente les maisons et les commerces en électricité. Les installations hors réseau se trouvent en région éloignée, là où il n’existe pas de services publics.

Au Canada, les installations PV sont utilisées avec succès en région éloignée pour alimenter en électricité les habitations et divers appareils tels que les dispositifs de signalisation routière et d’aide à la navigation ainsi que les systèmes de télécommunications, de télédétection et de télésurveillance. À l’échelle de la planète, les installations PV raccordées à un réseau de distribution sont les plus répandues et elles croissent à un rythme annuel de 30 %. En 2009, au Canada, 90 % de la capacité est hors réseau; toutefois, le nombre d’installations raccordées continue de croître parce que bon nombre des obstacles à l’interconnexion ont été surmontés grâce à l’adoption de normes et de codes harmonisés. De plus, les politiques des provinces en matière de raccordement des installations PV aux réseaux ont favorisé partout au Canada la mise en œuvre d’installations PV intégrées aux bâtiments.

Dans un contexte où les prix de l’énergie augmentent, où la fiabilité des réseaux d’alimentation en électricité est préoccupante et où les propriétaires de maisons sont davantage sensibilisés au respect de l’environnement, les installations PV sont de plus en plus en demande. Ce feuillet documentaire de la collection « Votre maison » vise à informer les propriétaires-occupants sur les panneaux PV avant qu’ils en fassent l’acquisition. L’information présentée est surtout axée sur les installations PV raccordées au réseau public. Pour en savoir plus sur les applications hors réseau, veuillez consulter le feuillet de la collection « Le Point en recherche » de la SCHL intitulé Consommation d’énergie dans les maisons hors réseau.

Composants des installations PV

Le composant le plus crucial de toute installation PV est le module PV, qui se compose de piles solaires interconnectées. Ces modules sont raccordés entre eux pour former des panneaux et des ensembles (champs) de manière à pouvoir satisfaire différents niveaux de besoins en énergie, comme le montre la figure 1. L’ensemble PV est raccordé à un onduleur qui convertit le courant continu (CC) produit en courant alternatif (CA) compatible avec l’électricité fournie par le réseau. Le côté CA de l’onduleur est raccordé au panneau électrique de la maison ou au compteur d’électricité du fournisseur, selon la configuration. Différents dispositifs de débranchement CA et CC sont prévus dans l’installation afin de prévenir le danger lorsque des personnes y travaillent.

Figure 1 – Composants d’un champ de modules PV
Figure 1 –
Composants d’un champ de modules PV

Mesurage

Il existe deux différents types d’agencements pour le mesurage, selon les exigences du fournisseur local. Le premier consiste en un mesurage net, montré à la figure 2. Avec cet agencement, le fournisseur vous facture votre consommation nette d’électricité. Lorsque vous produisez plus d’électricité que vous n’en consommez, le compteur se mettra à tourner en sens inverse, ce qui vous procurera un crédit. Si vous êtes équipé d’une importante installation PV et que vous produisez un surplus net d’électricité au cours d’une année, les fournisseurs, en général, ne vous rembourseront pas le surplus, mais ils remettront votre compte à zéro après un certain temps, souvent à la même date de chaque année.

Le deuxième agencement, représenté à la figure 3, montre comment l’électricité produite par l’installation PV est mesurée par un compteur d’électricité distinct. On procède ainsi lorsque le fournisseur paye au propriétaire un tarif pour l’électricité produite différent du tarif payé pour l’électricité tirée du réseau. Par exemple, en 2009, le gouvernement de l’Ontario a commencé à offrir des contrats assortis d’un prix fixe pour 20 ans établi à 0,802 $ pour chaque kilowattheure produit par les installations de moins de 10 kW1 montées sur les toits. Ce genre d’entente contractuelle, nommée tarifs d’incitation, sert à accélérer l’adoption de technologies axées sur les énergies renouvelables et on les abordera en détail plus loin.

1 Visitez le http://fit.powerauthority.on.ca pour obtenir de plus amples informations.

Alimentation d’appoint

Les installations agencées comme dans les figures 2 et 3 cessent de fonctionner lors d’une panne de courant. Dans de tels cas, les onduleurs sont conçus de manière à déceler la panne et à couper automatiquement le courant qui va au compteur du fournisseur. Il s’agit là d’une exigence de sécurité visant à protéger le personnel du fournisseur qui pourrait être en train de travailler sur les lignes de transport d’électricité. Ainsi donc, même si vous possédez une installation PV, elle ne serait pas disponible lors d’une panne. Pour profiter d’une alimentation de secours, il vous faut un banc de batteries. Bien que la charge électrique globale d’une maison soit trop importante pour être entièrement alimentée en cas d’urgence, certains onduleurs peuvent continuer d’approvisionner un sous-panneau d’urgence qui peut lui-même alimenter certaines charges essentielles (p. ex., un réfrigérateur, un système de sécurité, etc.) en cas de panne, comme le montre la figure 4. En plus du banc de batteries, cet agencement requiert un contrôleur de charge qui peut gérer efficacement la fonction de recharge du banc de batteries par les installations PV, afin d’en assurer la performance optimale et de prolonger sa durée utile. Cette installation est cependant plus coûteuse et moins efficace qu’un système dépourvu de batteries.

Figure 2 – Agencement d’une installation PV en mesurage net
Figure 2 – Agencement d’une installation PV en mesurage net

Figure 3 – L’électricité produite par une installation PV est comptée séparément
Figure 3 – L’électricité produite par une installation PV est comptée séparément

Figure 4 – Agencement d’une installation PV en mesurage net, avec source d’appoint (banc de batteries)
Figure 4 – Agencement d’une installation PV en mesurage net, avec source d’appoint (banc de batteries)

Enjeux relatifs à la conception

Évaluation du potentiel de production d’électricité solaire

Il vaut mieux consulter un spécialiste en installations PV dès le stade de la conception. D’ailleurs, la plupart des marchands offrent des services de conception et de consultation. Assurez-vous que le marchand possède l’expérience requise en matière de conception et de mise en place du type d’installation que vous voulez vous procurer.

Le premier pas à faire pour déterminer s’il est possible de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire consiste à évaluer l’emplacement prévu. Les modules PV sont très sensibles aux effets d’ombrage. Les photopiles dans un module PV et les modules PV dans un champ sont souvent raccordés en série. Pensez à ces piles sous l’angle d’une longue chaîne, alors que la quantité de courant qui circule dans cette chaîne est limitée par son plus faible maillon, c’est-à-dire une photopile ou un module situé à l’ombre. La pile ou le module ombragé agira comme une résistance. Par exemple, si un module PV dans un champ de 20 modules est entièrement à l’ombre, cela pourrait réduire de 100 % la puissance de production du champ. De plus, compte tenu du fait que le module agit comme une résistance qui empêche le courant de passer, il pourrait se réchauffer au point de s’endommager.

Par conséquent, au moment d’évaluer les différents endroits où vous pourrez monter le champ PV, vous devrez effectuer une analyse des effets d’ombrage qui vous indiquera quand et où les ombres se produisent. Il faudra tenir compte du fait que durant les mois d’hiver, le soleil est plus bas dans le ciel et que les longs objets comme les arbres et les bâtiments produisent des ombres plus longues. Dans la plupart des cas, l’endroit idéal pour un champ de modules solaires se situe sur la toiture de la maison. De cette façon, on réduit au minimum les préoccupations relatives à l’ombre, et les surfaces planes facilitent le montage. Toutefois, les cheminées et autres projections sur les toits doivent être prises en compte dans l’analyse d’ombrage. De plus, il faut prévoir la hauteur qu’auront les arbres voisins une fois à maturité.

Le fait d’orienter les modules franc sud avec une inclinaison appropriée maximisera l’énergie solaire que le champ PV pourra capter. De légères variations pouvant atteindre 15° en orientation ou en inclinaison ne réduiront pas la performance de façon importante. En règle générale, un angle d’inclinaison égal à la latitude de l’emplacement maximisera la performance annuelle. Le fait de réduire l’inclinaison de 15° aura une incidence négligeable sur la performance (voir le tableau 1); par contre, une inclinaison plus faible causera une accumulation de neige plus importante l’hiver. À des angles abrupts, la neige fond généralement d’elle-même. À des angles plus faibles, la neige peut s’accumuler, et ainsi réduire la quantité d’électricité produite en hiver. Or, comme le plus gros de la production annuelle ne se produit pas en hiver, l’accumulation de neige ne réduira pas de manière considérable la performance annuelle de l’installation.

Pour venir à bout d’évaluer le potentiel de production d’énergie PV partout au Canada, Ressources naturelles Canada a mis au point les Cartes d’ensoleillement et du potentiel d’énergie solaire photovoltaïque du Canada qui donnent une estimation de la production d’électricité à l’aide d’énergie PV dans plus de 3 500 municipalités au Canada. Les cartes et tableaux publiés fournissent le niveau de production d’électricité sur une base mensuelle et annuelle par kilowatt de panneaux PV installés. Comme l’indique le tableau 2, les villes canadiennes affichent un bon potentiel solaire comparativement à beaucoup de villes dans le monde. St. John’s, l’une de nos localités les moins ensoleillées, présente un meilleur potentiel solaire que des villes d’Allemagne et du Japon, qui sont des chefs de file en la matière.

Tableau 1 – Potentiel annuel des panneaux PV (kWh/kW) à divers angles d’inclinaison

Orientation sud à tous les endroits Potentiel annuel des panneaux PV (kWh/kW)

Inclinaison selon
la latitude
-15º

Inclinaison selon
la latitude
Inclinaison selon la latitude +15º Inclinaison verticale de 90º
Regina 1 355 1 361 1 295 1 055
Toronto 1 173 1 161 1 095 801
Vancouver 1 026 1 009 939 717
St. John’s 946 933 879 686

Capacité des installations PV

Dans le cas des installations PV hors réseau, le choix de capacité du champ PV et du banc de batteries connexe doit être effectué soigneusement de manière à pouvoir répondre à la demande d’énergie durant les périodes de faible disponibilité du soleil. Dans le cas des installations raccordées au réseau, la présence du réseau élimine le besoin d’apparier avec précision la puissance de l’installation avec les charges électriques à longueur d’année. En ce qui a trait aux installations à mesurage net où le fournisseur ne paie pas pour l’électricité excédentaire produite, la production annuelle d’électricité estimative devrait être moindre ou égale à la consommation annuelle d’électricité, puisqu’il n’y a aucun avantage financier à produire davantage d’électricité que ce dont vous avez besoin. Quant aux installations dotées d’un banc de batteries alimentant un sous-panneau d’appoint, la capacité du banc de batteries doit être calculée pour prendre en compte les charges électriques d’urgence, la puissance de l’installation PV et la durée de l’alimentation d’appoint requise (voir le feuillet « Votre maison » de la SCHL intitulé Alimentation de secours pour les maisons).

Pour déterminer la puissance requise d’une installation PV raccordée au réseau, on peut procéder de plusieurs façons, selon l’objectif poursuivi :

  • Maximiser la production d’électricité PV pour un budget donné;
  • Contrebalancer l’électricité achetée annuellement;
  • Compenser une partie du bilan carbone de votre famille;
  • Tirer parti au maximum de la superficie de toiture non ombragée orientée au sud;
  • Refaire le versant sud de la toiture au moyen de tuiles de couverture PV;
  • Améliorer l’esthétique du bâtiment ou
  • Profiter de mesures incitatives du gouvernement ou du fournisseur public.

Tableau 2 – Potentiel PV annuel de grandes villes canadiennes et de grandes villes du monde

Grandes villes canadiennes et capitales Potentiel PV annuel
(kWh/kW)
Grandes villes du monde Potentiel PV annuel
(kWh/kW)
Regina (Saskatchewan) 1 361 Le Caire, Égypte 1 635
Calgary (Alberta) 1 292 Capetown, Afrique du Sud 1 538
Winnipeg (Manitoba) 1 277 New Delhi, Inde 1 523
Edmonton (Alberta) 1 245 Los Angeles, États-Unis 1 485
Ottawa (Ontario) 1 198 Mexico, Mexique 1 425
Montréal (Québec) 1 185 Regina, Canada 1 361
Toronto (Ontario) 1 161 Sydney, Australie 1 343
Fredericton (Nouveau-Brunswick) 1 145 Rome, Italie 1 283
Québec (Québec) 1 134 Rio de Janeiro, Brésil 1 253
Charlottetown (Île-du-Prince-Édouard) 1 095 Beijing, Chine 1 148
Yellowknife (Territoires du Nord-Ouest) 1 094 Washington, D.C., États-Unis 1 133
Victoria (Colombie-Britannique) 1 091 Paris, France 838
Halifax (Nouvelle-Écosse) 1 074 St. John’s, Canada 933
Iqaluit (Nunavut) 1 059 Tokyo, Japon 885
Vancouver (Colombie-Britannique) 1 009 Berlin, Allemagne 848
Whitehorse (Yukon) 960 Moscou, Russie 803
St. John’s (Terre-Neuve-et-Labrador) 933 Londres, Angleterre 728
Source : Ressources naturelles Canada (2007). Carte d’ensoleillement et du potentiel d’énergie solaire photovoltaïque du Canada.

Panneaux PV

Les trois genres de piles solaires les plus populaires se distinguent par le type de silicium dont elles sont composées : monocristallin, polycristallin et amorphe. Les piles en silicium monocristallin produisent le plus d’énergie par unité de surface, tandis que les piles en silicium amorphe en produisent le moins. Pour maximiser la production d’électricité en fonction d’une surface donnée, choisissez les panneaux PV en silicium monocristallin les plus efficaces que vous pouvez vous payer. Si, par contre, votre objectif est de couvrir une superficie donnée au plus faible coût, alors vous pourrez envisager l’achat de panneaux en silicium amorphe. Si vous voulez maximiser votre production d’électricité au plus faible coût possible, il vaudra mieux alors considérer le coût du panneau par rapport à son efficacité, quelle que soit la technologie employée, en examinant son coût par unité de production nominale :


Par exemple, comparons le coût-efficacité d’un panneau PV de 160 W du fabricant A qui se vend 800 $ à un panneau PV de 60 W du fabricant B qui se vend 350 $. Dans ce cas, le panneau plus coûteux du fabricant A présente un coût-efficacité plus avantageux à 5 $/W que l’autre panneau à 5,83 $/W. Il faut également tenir compte d’autres facteurs, comme la qualité du produit. Les panneaux PV de qualité sont assortis d’une garantie de 20 à 25 ans, ont subi des essais d’évaluation et portent les étiquettes de certification appropriées. De plus, certains panneaux PV, bien qu’étant plus coûteux, pourraient s’avérer plus faciles à installer, ce qui pourrait les rendre moins dispendieux en fin de compte. Comme il en est question dans la section suivante, certains panneaux PV sont conçus pour servir de tuile ou de bardeau de couverture. Quoique plus coûteux en $/W, il faut aussi tenir compte du prix des bardeaux ou autre matériau de couverture qu’on peut alors soustraire.

Onduleurs

Une fois la capacité du champ PV choisie, on détermine la capacité de l’onduleur de manière à maximiser la performance de l’installation. Si vous envisagez d’élargir votre installation PV dans le futur, vous avez l’option de sélectionner un onduleur de plus grande capacité afin de pouvoir répondre à la demande de l’installation plus puissante. N’oubliez pas de prévoir un espace mural convenable pour monter l’onduleur et les composants connexes dans le local technique ou près du panneau électrique. Les petites installations ne demandent habituellement qu’un espace de 0,6 sur 0,9 m (2 sur 3 pi), tandis qu’une installation plus importante pourrait exiger un espace de 1,2 sur 1,2 m (4 sur 4 pi). Certains onduleurs sont conçus pour un service intensif et peuvent être montés à l’extérieur de la maison, ce qui libère les murs intérieurs. En revanche, chaque module PV peut être doté de son propre micro-onduleur, ce qui élimine du coup la nécessité de prévoir un onduleur de grande capacité et minimise l’incidence des ombrages sur la tenue en service du champ PV.

Banc de batteries

Si l’installation comporte des batteries, il faudra alors un endroit séparé qui est ventilé et protégé contre le gel pour les ranger. Les batteries d’automobiles sont peu indiquées pour les installations PV, car elles sont conçues pour produire un courant élevé pendant une courte période, tandis que les batteries d’appoint pour les applications résidentielles doivent produire un courant relativement continu pendant de longues périodes. Les batteries particulières à cycle profond conviennent le mieux. Certaines de ces batteries émettent de faibles quantités d’hydrogène lorsqu’on les charge : elles doivent donc être rangées dans un endroit ventilé situé bien à l’écart des flammes nues ou des étincelles. Consultez un fournisseur de panneaux PV ou de batteries pour déterminer la capacité du banc de batteries qu’il vous faut, et connaître les exigences de mise en place et de ventilation associées aux batteries choisies.

Pose d’une installation PV

Lorsque vient le temps de poser les panneaux PV sur votre maison, il existe une variété d’options de montage.

Produits intégrés au bâtiment

La maison EQuilibriumMC est une recherche d’équilibre entre nos besoins de logement et notre environnement naturel. Pour en savoir plus sur l’initiative EQuilibriumMC de la SCHL et les maisons de démonstration dispersées dans l’ensemble du Canada, cliquez ici.

Certains produits PV peuvent être intégrés au bâtiment. Dans ces cas, l’installation PV devient essentiellement partie intégrante de l’enveloppe du bâtiment. Les tuiles de couverture PV sont offertes dans le commerce et elles ont été utilisées sur une maison de démonstration EQuilibriumMC, comme on peut le voir aux figures 5 et 6. Les concepteurs d’une autre maison EQuilibriumMC ont fait appel à une option différente qui consiste en un panneau PV mince, en silicium amorphe, appliqué sur une couverture métallique à joints debout, comme le montrent les figures 7 et 8. Avec un tel agencement, il est très difficile de distinguer le champ PV de la couverture métallique.

Figures 5 – Avalon Discovery 3, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Red Deer (Alberta) dotée de tuiles de couverture PV  Figures 6 – Avalon Discovery 3, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Red Deer (Alberta) dotée de tuiles de couverture PV 
Figures 5 et 6 – Avalon Discovery 3, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Red Deer (Alberta) dotée de tuiles de couverture PV
Figures 7 – ÉcoTerraMC, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Eastman (Québec) faisant appel à des panneaux PV en silicium amorphe appliqués directement sur sa couverture métallique   Figures 8 – ÉcoTerraMC, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Eastman (Québec) faisant appel à des panneaux PV en silicium amorphe appliqués directement sur sa couverture métallique  
Figures 7 et 8 – ÉcoTerraMC, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Eastman (Québec) faisant appel à des panneaux PV en silicium amorphe appliqués directement sur sa couverture métallique

Panneaux PV de série montés sur cadre

Les panneaux PV de série peuvent être regroupés sur un cadre qui peut être installé sur une toiture ordinaire (voir la figure 9). Les installations PV convertissent en électricité de 5 à 20 % de l’énergie solaire incidente; une faible partie est réfléchie et le reste est converti en chaleur. Si cette chaleur n’est pas dissipée, les panneaux PV peuvent surchauffer et leur efficacité commence à diminuer. Pour répondre à cette préoccupation, un petit espace est habituellement laissé entre les panneaux PV et la couverture du toit pour permettre à l’air qui y circule de refroidir les panneaux.

Figure 9 – La Now House®, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Toronto (Ontario), équipée de panneaux PV de série montés sur le toit. Now House® est une marque de commerce déposée de The Now House Project Inc. utilisée sous licence.
Figure 9 – La Now House®, une maison de démonstration EQuilibriumMC à Toronto (Ontario), équipée de panneaux PV de série montés sur le toit. Now House® est une marque de commerce déposée de The Now House Project Inc. utilisée sous licence.

Si l’espace de toiture est restreint, un ensemble de cadres pour panneaux PV peut servir à agrandir cet espace, comme c’est le cas de la maison EQuilibriumMC montrée aux figures 10 et 11. Avec cet agencement, l’installation subira des charges de vent plus importantes, lesquelles devront être prises en compte lors de la conception de l’installation.

Figures 10 – La Maison nettezéro Riverdale, un duplex jumelé de démonstration EQuilibriumMC à Edmonton (Alberta), comporte un ensemble de cadres pour panneaux PV qui se prolonge au-delà de la toitureInformation connexe de la SCHL

Canada

Partager...


Imprimer(ouvre dans une nouvelle fenêtre)