Énergie solaire dans les bâtiments à consommation...
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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)
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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