­

Toit solaire photovoltaïque à Montréal

1-toit-solaireEn juillet 2013, la compagnie Vert toit Montréal a installé un toit solaire photovoltaïque sur l’esplanade du stade olympique de Montréal, au-dessus de la station de métro Pie-IX. Ce toit de démonstration vise à promouvoir des utilisations variées des toits plats de Montréal comme espaces de vie en toit-terrasse, en potager urbain ou pour la production d’électricité à partir de capteurs solaires photovoltaïques.

Ce toit doit aussi être un lieu d’expérimentation sur une période de 5 ans qui vise à évaluer la production annuelle d’électricité sur un toit plat en considérant la neige et aussi le type de capteur utilisé.

Le solaire au Québec
Il faut d’abord différencier la production solaire de chaleur par capteur thermique et la production solaire d’électricité par capteur photovoltaïque. Contrairement aux capteurs thermiques qui n’évoluent pas beaucoup depuis une dizaine d’année, la production d’électricité par le biais de capteurs photovoltaïques est une technologie qui évolue beaucoup et qui devient chaque année de plus en plus accessible financièrement.

Au Québec, cette approche demeure toutefois coûteuse car la faible production hivernale réduit fortement la production annuelle donc sa rentabilité. De plus, le faible coût de l’électricité hydro-électrique publique (0,08$/kw-hr) rend la production solaire peu compétitive.

Cependant, l’initiative de Vert toit Montréal est importante dans l’esprit de créer à la fois un laboratoire et un lieu de démonstration qui permettra au public de suivre l’évolution et les performances du système.

Les capteurs photovoltaïques utilisés
2-capteurs-solairesLes capteurs utilisés sont de deux types: des panneaux de silicium monocristallin et des bandes flexibles de silicium amorphe. Les panneaux solaires sont les plus connus car on les voient maintenant un peu partout dans les lieux publics pour alimenter des équipements mobiles.

Les panneaux de silicium monocristallin ou de silicium polycristallin ont un rendement de production beaucoup plus élevé que le silicium amorphe. Dans ce cas-ci les panneaux ont aussi l’avantage d’être inclinables pour maximiser la production quelque soit la saison.
Les bandes de silicium amorphe ont l’avantage d’être flexibles. Elles sont simplement collées sur le toit et elles disposent d’une très grande superficie. De manière générale, on les pose surtout sur des toits inclinés du côté sud pour maximiser leur production et éviter que la neige bloque la lumière. Il sera donc intéressant de voir si la neige s’accumulera et si ces capteurs pourront être productifs sur une surface horizontale en hiver.

Performance et coût. Les modules monocristallin 190W mesurent chacun 32.5″ x 62″ (14 pi²), donc 13.6W/pi² alors que les capteurs amorphes de 136W mesurent 18’ x 1.3’ (23.4 pi²), donc 5.8W/pi².
Les modules 190W (EWS-190-CSA) se vendent présentement au détail à 397.95$/unité chez Batteries Expert, ce qui revient à 2.10$ le watt produit dans les meilleures conditionsVoir Panneaux 190W
Les capteurs amorphes de 136 watts reviennent à 2,78$ du watt produit dans les meilleures conditions mais lorsqu’ils sont posés à l’horizontal leur performance annuelle risque d’être réduite de 50%, doublant ainsi le coût du watt produit. En ce sens,les capteurs monocristallins me semblent nettement plus intéressants.

Puissance et batteries
3-batteriesLes capteurs monocristallin et amorphe fournissent environ 4 000 watts par heure aux batteries lorsqu’il fait soleil en été alors que la pompe et les lumières LED n’ont besoin que de 72 watts/hre. Le toit est donc en forte surproduction vis-à-vis ses propres besoins. Le reste de l’énergie doit alors être utilisé par la maison pour permettre de vider les batteries et de les remplir à nouveau le lendemain. Sinon la production du lendemain sera perdue.

Ce type d’usage demande des batteries à décharge profonde acide/plomb conçue spécifiquement pour les systèmes d’énergies renouvelables.
En effet, les batteries standard sont conçues pour le démarrage des automobiles mais elles se déchargent rapidement. Les batteries à décharge profonde standard sont conçues pour donner une charge régulière sur une longue période mais elles exigent une recharge avec un ampérage élevé sinon elles se dégradent rapidement.

Les batteries à décharge profonde pour énergie renouvelable permettent des charges et décharges irrégulières sans subir de dommage. Elles sont conçues pour une durée de 5 à 7 ans avec un bon entretien. L’entretien des batteries consiste à vérifier le niveau d’eau dans les batteries à tous les trois mois et de les remplir au besoin avec de l’eau distillée.
Le système du Parc Olympique fonctionne avec 4 batteries de 6 volts de format L-16 reliées ensemble pour produire du 24 volts. Le tout passe par un onduleur qui transforme la tension en 120 volts afin d’alimenter tous les équipements courants.

Coût et durée. Après leur durée de vie, les batteries sont recyclées mais leur remplacement est relativement coûteux soit 470$ l’unité au détail chez Batteries Expert. Voir Batteries pour énergies renouvelables

Partager l’énergie sur le réseau public. Le système à base de batteries a été choisi en fonction des besoins d’autonomie de ce projet. Si une ligne d’Hydro-Québec est à proximité, il est plus rentable et plus simple de relié le système solaire photovoltaïque au réseau public par le biais d’un compteur à mesurage net qui est installé par Hydro-Québec.

Le système d’autoproduction à mesurage net (grid tie) retournent l’excédent d’énergie produite sur le réseau électrique, permettant d’être crédité pour cette énergie jusqu’à une utilisation ultérieure. Ainsi, le réseau électrique sert d’accumulateur au lieu des batteries, ce qui élimine le besoin d’entretien, les soucis de réserve d’énergie et l’investissement périodique pour le remplacement des batteries.

Hydro-Québec crédite les kilowatts qui doivent être utilisés dans les 24 mois suivants, sans quoi il sont annulés. Il n’y a donc pas d’argent à faire avec l’autoproduction car Hydro-Québec ne rembourse pas la surproduction. Des frais de 400$ sont aussi demandés pour la vérification du système et l’installation du compteur. Voir Mesurage net Hydro-Québec

4-pluieUn collecteur d’eau
Pour la collecte des eaux de pluies, le toit démonstrateur ne fut pas construit de manière représentative des toits montréalais mais simplement pour démontrer le principe de collecte d’eau de pluie et démontrer que la pluie tombée sur le toit est suffisante pour les besoins des plantes.

Depuis sa construction en juillet, la réserve d’eau n’a jamais été épuisée et les batteries suffisent largement pour l’alimentation électrique du système de pompage pour la distribution d’eau aux plantes par un réseau goutte-à-goutte.

Il n’est pas vraiment conseillé de créer une réserve d’eau importante sur le toit à cause de son poids, de la formation de glace en hiver et des risques d’infiltration d’eau à partir du bassin créé. Il est préférable de diriger l’eau vers un réservoir au sol ou même enterré duquel on peut pomper l’eau vers le toit au besoin.

5-jardinUne membrane blanche complémentaire
L’étanchéité du toit fut réalisée avec une membrane élastomère blanche ayant un indice de réflectance solaire (IRS) de 86, ce qui signifie que 86% des rayons sont réfléchis et ne participent pas à la formation d’îlot de chaleur urbain.
La membrane blanche est souvent utilisée en complément d’un toit-terrasse ou d’un toit-jardin pour éviter la surchauffe de l’air et l’inconfort des occupants sur le toit.
Dans ce cas, la membrane est recouverte de capteurs amorphes, d’un pontage de bois traité et de végétaux ce qui ne permet pas à la membrane blanche de jouer son rôle.

Yves Perrier
2015/11/15