développement de l`énergie solaire

DÉVELOPPEMENT DE L’ÉNERGIE SOLAIRE
7 novembre 2007
Demande R-3671-2008
AEE-9, Document 4
2
ÉLABORATION DE PROGRAMMES EN ÉNERGIE SOLAIRE
PRÉAMBULE
Sommaire
1. Technologies solaires
1.1 Principales technologies et applications
1.1.1 Énergie solaire passive
1.1.2 Énergie solaire active
1.1.2.1 Solaire thermique
1.1.2.2 Solaire photovoltaïque
1.2 Aspects technico-économiques
1.2.1 Systèmes passifs
1.2.2 Systèmes actifs
1.2.2.1 Solaire thermique
1.2.2.2 Solaire photovoltaïque
2. Contexte et état de situation
2.1 Potentiels énergétiques et économiques
2.1.1 Systèmes passifs
2.1.2 Systèmes actifs thermiques
2.1.3 Systèmes électriques
2.2 Intégration des systèmes thermiques et électriques
2.3 Principaux intervenants
2.4 Conclusions
3. Balisage
3.1 Expériences acquises et programmes mis en place ailleurs
3.2 Situation au Japon
3.3 Situation en Allemagne
3.4 Situation aux États-Unis
3.5 Situation au Canada
3.6 Transposition au Québec
4. Programmes à mettre en place et développement des marchés
4.1 Programmes proposés
4.2 Ouverture des marchés
4.3 Environnement réglementaire et politique
4.4 Difficultés appréhendées
ANNEXES
1 INNOVATION ET DÉVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUE
2 ÉTUDES COMPLÉMENTAIRES
3 BIBLIOGRAPHIE
3
Recherche et rédaction :
Benoît Drolet
Consultant
Tél. : (418) 683-6287
Courriel : [email protected]
4
PRÉAMBULE
Le Soleil est la source de la plupart des formes d’énergie que l’on exploite sur la Terre :
l’énergie de la biomasse provient de son rayonnement capté par les plantes et transformé par
photosynthèse en matière végétale; l’énergie hydraulique a pour origine l’évaporation de l’eau
et le cycle de l’eau dont le rayonnement solaire est aussi la source; l’énergie éolienne vient du
vent produit par l’échauffement différentiel des masses d’air et du sol par le soleil. Les produits
pétroliers et les carburants fossiles sont aussi liés à l’énergie solaire, étant le résultat de la
décomposition de matières organiques.
La Terre reçoit du Soleil en une heure plus d'énergie que la planète en consomme en une
année. La quantité d’énergie solaire qui atteint la Terre représente, à sa surface, une
puissance en moyenne de 1 000 watts par mètre carré (W/m2).
En raison d’un ensoleillement abondant et de conditions climatiques rigoureuses, le Québec
est dans une situation particulièrement avantageuse pour tirer profit de cette énergie. Les
systèmes solaires conçus et adaptés en fonction des conditions rigoureuses peuvent se
rentabiliser plus rapidement que dans les régions du sud, où les besoins en chauffage
(espaces habitables ou eau chaude) sont moindres.
Une comparaison entre quelques villes québécoises et des villes de référence ailleurs dans le
monde, selon l’ensoleillement et les besoins de chauffage, illustre l’intérêt particulier de
l’énergie solaire au Québec.
(Source : Énerconcept)
Afin d’évaluer le potentiel de l’énergie solaire au Québec, une cartographie par satellite de
l’ensoleillement a été faite par le Laboratoire de télédétection de l'Université du Québec à
5
Chicoutimi (UQAC), pour le compte du ministère des Ressources naturelles et de la Faune
(MRNF).
Cette cartographie1 donne la moyenne quotidienne du rayonnement solaire global pour chaque
mois (années 1998, 1999 et 2000). Elle montre, par exemple, que pour la plaine du SaintLaurent, entre Montréal et Québec, les niveaux de rayonnement solaire sont élevés : ils varient
entre environ 2 kWh/m2 en janvier, 4 kWh/m2 en avril, 6 kWh/m2 en juillet et 2 kWh/m2 en
octobre.
Janvier
Avril
Juillet
Octobre
On peut convertir ce rayonnement en énergie thermique, pour le chauffage de l’air et des
espaces habitables ou de l’eau de consommation domestique (systèmes passifs ou actifs) ou
en électricité (systèmes photovoltaïques).
Parmi les moyens qui permettent de le faire, les systèmes solaires passifs, notamment les
fenêtres à haute efficacité, contribuent à réduire les besoins en chauffage. Les gains d’énergie
solaire passive2, additionnés aux gains thermiques internes, peuvent même représenter jusqu’à
50 % de l’énergie requise pour le chauffage d’une maison. De plus, les systèmes solaires
actifs, faisant appel à des capteurs thermiques, peuvent couvrir jusqu’à 50 % des besoins en
chauffage3 de l’eau de consommation domestique. Ceux qui font appel à des capteurs
photovoltaïques peuvent fournir de l’électricité d’appoint ou alimenter des bâtiments isolés, où il
n’est pas physiquement possible ou trop coûteux de se relier aux réseaux d’énergies
conventionnelles (électricité, gaz naturel).
Toutefois, des coûts relativement élevés et des limitations technologiques entravent le
développement de l'énergie solaire et les consommateurs leur préfèrent d’autres formes
d'énergie, moins coûteuses.
Le présent rapport propose que l’Agence de l’efficacité énergétique mettre en place des
programmes favorisant le développement et l’exploitation de l’énergie solaire. En première
partie, il passe en revue les principales technologies d’énergie solaire applicables au Québec.
En seconde partie, il traite du contexte québécois et des principaux intervenants. En troisième
1
Voir le site Internet du MRNF : http://www.mrn.gouv.qc.ca/energie/innovation/innovation-non-conventionnellescartes.jsp. Des cartes de l’ensoleillement moyen sont aussi disponibles sur le site Internet de Ressources naturelles
Canada (voir : cartes interactives de l’ensoleillement et du potentiel d’énergie solaire photovoltaïque du Canada).
2
Les gains d’énergie solaire correspondent à la quantité de chaleur captée par l’intermédiaire des fenêtres, au cours
de la saison de chauffage. Le gain d’énergie solaire net est égal au gain d’énergie solaire moins les pertes de
chaleur par les fenêtres (source : Agence de l’efficacité énergétique).
3
« Guide des énergies vertes pour la maison », Patrick Piro, Terre vivante – L’écologie pratique, 2006.
6
partie, il examine la situation et les mesures d’aide mises en place ailleurs dans le monde. En
quatrième et dernière partie, il propose des programmes spécifiques, visant à favoriser le
développement de l’énergie solaire au Québec.
Sommaire
L’énergie solaire est abondante et devrait pouvoir être davantage exploitée au Québec.
L’examen des technologies et l’analyse des questions économiques que pose le
développement de l’énergie solaire mettent en évidence les avantages des technologies
passives et de certaines technologies actives.
•
•
L’énergie solaire passive permet d’améliorer le « rendement » énergétique des bâtiments.
L’énergie solaire active permet de réduite la consommation d’énergie nécessaire au
chauffage (air, eau domestique, espaces habitables).
L’inventaire des entreprises, centres de recherche et organismes québécois intéressés par
l’énergie solaire montre qu’il y a au Québec une base solide de compétences et de
ressources dans le domaine.
•
•
•
Une trentaine d’entreprises développent et commercialisent des produits et des
services dans le domaine de l’énergie solaire.
Une douzaine de centres de recherche conçoivent et développent des technologies
d’énergie solaire.
Une dizaine d’organismes et d’associations fournissent des conseils, participent à des
projets et font la promotion de l’énergie solaire.
Afin de tirer profit des technologies solaires les plus avantageuses et de mettre à
contribution les compétences qu’on trouve au Québec, il est proposé que l’Agence de
l’efficacité énergétique mette en place cinq programmes spécifiques. Le premier de ces
programmes porte sur l’implantation des bâtiments solaires passifs au Québec. Les deux
suivants portent sur l’implantation des technologies de chauffage solaire de l’air et de l’eau
dans le secteur résidentiel, de même que dans les secteurs institutionnel, commercial,
agricole et industriel. Le quatrième programme porte sur l’utilisation de l’énergie solaire
dans les communautés isolées. Enfin, un cinquième programme, qui constitue un volet du
programme d’innovation et de développement technologique de l’Agence, porte sur la
recherche-développement en énergie solaire.
La mise en place de ces programmes serait avantageuse, directement pour les
consommateurs et indirectement pour la société dans son ensemble. La mise en œuvre
des technologies solaires permet de tirer profit d’une source d’énergie durable et
abondante. Leur efficacité est synonyme de gains énergétiques et leur mise en œuvre
devrait aussi permettre de réduire la consommation globale d’énergie.
7
1. Technologies solaires
1.1 Principales technologies et applications
1.1.1 Énergie solaire passive
L'énergie solaire passive désigne l'ensemble des techniques où la chaleur solaire peut
être utilisée sur place, sans être transférée au moyen d'un caloporteur (air ou eau). Elle
est directement liée aux techniques de construction qui permettent des économies
d'énergie pour le chauffage, la climatisation et l'éclairage.
Elle concerne la conception de bâtiments et la mise en place de composants de
construction permettant d’utiliser le rayonnement solaire, à la fois pour l’éclairage naturel
et le chauffage des espaces habitables. En plus de limiter la consommation d’énergie,
l’énergie solaire passive peut contribuer au confort ressenti par les résidants.
Les maisons solaires passives, sont d’abord des bâtiments très bien isolés, pour lesquels
les pertes de chaleur sont réduites au plus bas niveau possible. Dans les cas les plus
poussés, elles n’ont pas besoin d’un système de chauffage. Ces maisons exploitent
d’abord les apports solaires mais font aussi appel à des principes comme ceux de l’inertie
thermique du bâtiment, l’éclairage naturel, l’ombrage en été, etc.
L’éclairage naturel
La valorisation de l’éclairage naturel concerne à la fois l’amélioration du confort et de
l’efficacité énergétique.
(Source : Ressources naturelles Canada)
Couplé à un éclairage artificiel performant, l’éclairage naturel améliore la qualité des
ambiances intérieures, contribue au bien être des occupants et réduit la consommation
d’énergie.
Des conduits de lumière permettent d’obtenir un bon éclairage naturel, par des puits de
lumières, en minimisant les pertes d’énergie.
8
(Source : Solatube)
Le concept du conduit de lumière a notamment été développé par Solatube®, en Australie,
au milieu des années 80. Il a pour avantage d’apporter de la lumière solaire, sans
transmission de chaleur dans des pièces sombres et éloignées des fenêtres.
Dans les maisons solaires, les ouvertures sont typiquement orientées au sud et peu
nombreuses au nord. Le milieu environnant comporte des haies coupe-vent à l’ouest
(pour se protéger des vents dominants) et au nord, et des plantes caduques au sud (pour
fournir de l’ombre en été). Ces maisons sont compactes, afin de réduire le plus possible
les surfaces où il y aurait perte de chaleur, et les fenêtres au sud sont équipées de paresoleil (pour l’été). Les pièces utilitaires, qui n’ont pas besoin de beaucoup de chauffage,
sont situées au nord (garage, espace de rangement, atelier). Les matériaux des murs
agissent comme élément de stockage de chaleur et l’éclairage naturel est privilégié.
L’isolation et l’étanchéité sont maximisées : les murs, les fondations les planchers et la
toiture sont conçus et installés de telle sorte qu’il n’y ait ni fuites d’air, ni « ponts
thermiques ». Les vitrages sont hermétiques et énergétiquement performants.
Élimination des ponts thermiques
Dans le cas d’une maison passive, le niveau de performance de l’isolation est très élevé et les
ponts thermiques peuvent avoir des conséquences importantes.
9
(Source : Optimisez votre maison, Ministère de la région wallonne, Belgique, 2002)
Pour éviter de créer des ponts thermiques, il faut :
- dans la mesure du possible, ne pas interrompre l’enveloppe thermique;
- là où une interruption est inévitable, la résistance thermique dans le plan d’isolation doit
être aussi grand que possible;
- joindre les couches d’isolation, sans interruption ni décalage, aux articulations entre les
éléments du bâtiment;
- préférer autant que possible des angles obtus (les angles aigus favorisent la dispersion de
la chaleur).
Pour gérer les apports d’air dans un espace conçu pour être hermétique, un système de
ventilation à récupération de chaleur (échangeur de chaleur à double flux) permet
d’évacuer l’air vicié et d’obtenir les apports requis en air frais (extérieur) en récupérant une
partie de l’énergie (jusqu’à 70 %) de l’air expulsé.
Ventilateur récupérateur de chaleur
10
(Source : ADEME)
Dans un système de ventilation à double flux avec récupération de chaleur, l’air vicié (chaud) est
expulsé de la maison et transfère environ 70 % de sa chaleur à l’air frais qui y entre. Les deux
courants d’air ne se mêlent pas.
Dans une maison solaire passive, l’éclairage et les appareils électroménagers sont à
basse consommation énergétique. Un système de contrôle informatisé permet de réguler
la température et la ventilation (les excédants de chaleur pouvant provoquer de la
surchauffe).
Parmi les composants de base des maisons solaires passives, la fenêtre est le plus
important. Au cours d’une année, la perte d’énergie, pour la plupart des fenêtres, est plus
grande que le gain en énergie qu’elles procurent. Cependant, les fenêtres
écoénergétiques (à haut rendement thermique) peuvent procurer plus d’énergie et avoir
un meilleur rendement énergétique que les murs les mieux isolées.
Fenêtres écoénergétiques
Les fenêtres écoénergétiques se composent de deux vitres scellées et fixées à un cadre non
métallique (isolant). Un enduit déposé sur la face extérieure de la vitre intérieure laisse
pénétrer le rayonnement solaire, pour éclairer et réchauffer les pièces, et conserve le
maximum de chaleur emmagasinée en empêchant les rayons infrarouge de ressortir. Un gaz
inerte (argon ou krypton), moins conducteur de chaleur, remplace l’air entre les vitres.
11
(Source : ADEME)
Cet type de fenêtre confère à un vitrage double une résistance thermique équivalente à celle
d’un vitrage triple, sans l’inconvénient du poids d’une troisième vitre. Son surcoût par rapport à
une fenêtre de base est de 5 à 10 %.
D’autres composants, comme le mur Trombe, le puits canadien et l’utilisation de masses
thermiques, permettent de préchauffer l’air de ventilation des bâtiments et de stocker de la
chaleur. Ils sont aussi aptes à réduire la consommation d’énergie et à améliorer le confort
pour les occupants.
Mur Trombe
Le mur Trombe est constitué d'un vitrage et d’un mur en béton (40 cm) séparé par une lame d’air.
Des ouvertures en haut et en bas dans le mur permettent de créer une circulation d'air par
thermosiphon entre la lame d'air et l'air de la pièce à chauffer.
(Source : ADEME)
Le jour, le transfert de chaleur vers la pièce se fait par convection naturelle de l’air, à travers les
ouvertures du haut. La nuit, le mur rayonne sa chaleur à l’intérieur de l’habitation.
Puits canadien
Le puits canadien (aussi appelé puits provençal) est constitué de canalisations d’air enfouies
dans le sol, d’où on puise de la chaleur en hiver et de la fraîcheur en été.
12
(source : ADEME)
En dépit des grandes variations de la température de l’air, à partir de quelques mètres de
profondeur dans le sol la température reste relativement élevée (entre 5 et 10º C sous nos
latitudes). La température du sol se maintien à ce niveau essentiellement en raison de l’énergie
solaire qui y est stockée.
Masses thermiques
L'inertie thermique (ou masse thermique) correspond au potentiel de stockage de chaleur d'un
bâtiment. L'ensemble des masses, les parois en maçonnerie pleine, les dalles de plancher,
réparties à l'intérieur de l'enveloppe isolante du bâtiment constituent l'inertie thermique
intérieure.
(Source : EULEB)
Les variations de la température extérieure (ligne verte) entraînent des flux de chaleur vers le
bâtiment pendant le jour. Une partie de la chaleur est stockée dans la structure. Pendant la nuit,
le flux de la chaleur est inversé. Les variations de la température intérieure se font entre la
masse thermique la plus faible (ligne bleue) et la masse thermique la plus importante (ligne
rouge). Plus la masse thermique est importante, plus le délai est grand et plus le facteur de
décroissance entre la variation des températures intérieures et extérieures (Timax/Tomax) est
faible.
Une grande inertie thermique permet de maintenir une température stable, en ralentissant le de
réchauffement ou le refroidissement, alors qu’une faible inertie thermique signifie peu
d’amortissement ou de décalage par rapport aux fluctuations de la température extérieure.
13
Les matériaux de construction massifs (béton, brique, pierre, plâtre, céramique) sont
capables de stocker beaucoup de chaleur et de la dissiper lentement. Les matériaux à
changement de phase, comme les paraffines par exemple, peuvent aussi servir à stocker
de la chaleur : ils absorbent de la chaleur lorsqu’ils passent de l’état solide à l’état liquide
et libèrent de la chaleur lorsqu’ils reprennent leur état initial. Le stockage thermique à
l’intérieur des bâtiments permet de réduire les écarts de température entre les périodes
nocturnes et diurnes, évitant les refroidissements rapides et les surchauffes, sources
d’inconfort. Il aura une influence sur l’énergie solaire captée par les fenêtres4. En principe,
pour une maison à ossature de bois traditionnelle (faible masse thermique), la surface
vitrée ne devrait pas excéder 8 % de l’aire de plancher. Pour une maison solaire
« construite en dur », à grande masse thermique, la surface vitrée pourra représenter
jusqu’à 30 % de l’aire de plancher, sans compromettre le confort.
Enfin, il est aussi possible de se prémunir contre d’éventuelles surchauffes en faisant
appel à la « climatisation passive ». Il s’agit de minimiser les apports solaires par diverses
techniques d'ombrage (stores, rideaux, toit saillant, plantation d'arbres à des endroits
stratégiques, etc.) ou par circulation d'air (à pulsation) à l'intérieur des bâtiments. Ces
techniques sont relativement simple à mettre en application et d’un coût relativement peu
élevé.
En Europe, où il s’en est construit plusieurs (Allemagne, Suède, Autriche, Suisse), la
consommation énergétique des maisons solaires passives faisant appel à ces
technologies avoisine les 40 kWh/m2 par année, soit 40 % de la consommation des
maisons actuellement construites selon les normes en vigueur au Québec.
1.1.2 Énergie solaire active
L’énergie solaire active implique le recours à des capteurs et des équipements mécanisés
pour collecter et distribuer l’énergie. Elle désigne l'ensemble des moyens qui permettent
de capter et de transformer le rayonnement solaire pour des applications
énergétiques comme le chauffage de l'eau ou de l'air et la production d’électricité par des
panneaux photovoltaïques.
1.1.2.1 Solaire thermique
Le composant principal des capteurs solaires thermiques est un absorbeur noir qui
convertit l'énergie solaire en chaleur. Celle-ci est acheminée vers un autre endroit, où elle
sera utilisée immédiatement ou stockée en vue d'un usage ultérieur. Le transfert de la
chaleur s'effectue au moyen d'un fluide caloporteur, de l'eau, de l'antigel ou de l'air.
Pour préchauffer l’air de ventilation, l’utilisation de murs solaires est avantageuse. Dans
ce type de capteur, une plaque murale extérieure (comportant des petits trous) est
chauffée par le soleil. L’air extérieur traverse les trous avant d’être envoyé à l’intérieur du
bâtiment afin de fournir de l’air de ventilation ainsi préchauffé. Ses composants sont
relativement simples : un espace d’air de 20 à 30 cm entre la plaque et le bâtiment, un
boîtier en haut du mur, qui agit comme collecteur de distribution, et des clapets pour que
l’air puisse contourner le système pendant la saison chaude. Ces capteurs ont une bonne
rentabilité5, puisqu’ils fonctionnent à des températures proches de celles de l’extérieur et
4
« L’énergie solaire thermique au Québec », Ministère des ressources naturelles, Gouvernement du Québec, 1997.
Ressources naturelles Canada a mis au point des logiciels permettant d’analyser des systèmes de chauffage
solaire de l’air. Le logiciel SWIFT (Solar Wall International Feasibility Tool) peut être utilisé pour faire des estimations
et concevoir de tels systèmes.
5
14
qu’ils peuvent remplacer le revêtement mural conventionnel. Ils ne comportent pas de
mécanismes de circulation de fluide (exception faite du ventilateur qui fait circuler l’air), ni
de canalisations sous pression et sont exempts de problèmes de refroidissement ou
d’ébullition.
Les murs solaires
Système résidentiel
Système industriel
(Source : Enerconcept)
La compagnie québécoise Énerconcept fabrique et installe des système de murs solaires pour
le chauffage de l’air.
Intégré du point de vue architectural, le Mur UNITAIR préchauffe l'air extérieur de ventilation. En
étant couplé au système de ventilation du bâtiment, le mur admet l'air froid par une ouverture
sous le revêtement et se réchauffe dans le plénum d'air interne. Des triangles de turbulences à
l'intérieur du plénum favorisent le transfert de l'énergie solaire vers l'air à chauffer.
Enerconcept a également développé des capteurs solaires de toiture, permettant de
préchauffer l’air de ventillation de grands batîments.
(Source : Enerconcept)
La base du collecteur est déposée sur le toit, remplie d’un ballast ou d’un poids fixe pour en
assurer la stabilité. Si le bâtiment est dans une zone de grandes précipitations de neige, il peut
être surélevé.
Un tel système à pour avantages de pouvoir être installé sur les toitures (des surfaces
autrement non utilisées), de pouvoir être orienté au sud (peu importe l’orientation du bâtiment)
et être incliné à un angle optimal. De plus, lors de rénovation (« retrofit »), les installations se
font en lien avec les canalisation des systèmes de ventilation existants.
Au cours des dix dernières années, Énerconcept a installé plus de 125 systèmes de chauffage
15
solaire de l’air dans les milieux industriel, institutionnel, agricole et résidentiel.
La compagnie Solag (anciennement Énergie Matrix) installe également des systèmes de murs
solaires (SOLARWALL®).
L’une de ses installations, de grandes dimensions, a été faite à l’usine Canadair, à Montréal.
(Source : Ressources naturelles Canada)
Elle permet une réduction des coûts de 25 % par rapport aux anciennes technologies de
préchauffage de l’air, en considérant l’énergie solaire recueillie et la réduction des pertes
thermiques par le mur du bâtiment.
Dans une maison bien isolée, et à plus forte raison dans une maison solaire passive, les
besoins en énergie de chauffage sont relativement moins importants que dans une
maison moins bien isolée. Les besoins en énergie pour l’eau chaude domestique prennent
alors proportionnellement plus d’importance. Pour les maisons solaires passives, les
besoins d’énergie pour le chauffage de l’eau chaude peuvent atteindre 70 % de
l’ensemble des besoins en chaleur du bâtiment. Il faut donc consacrer une attention
particulière au chauffage de l’eau, d’autant plus que, contrairement au chauffage des
espaces habitables, les besoins en eau chaude sont présents durant toute l’année (autant
en hiver qu’en été).
Pour le chauffage de l’eau, les capteurs solaires thermiques plans de types vitrés sont
communs et existent sous forme de capteurs à circulation de liquide et sous forme de
capteurs à air.
Capteur plan de type vitré pour le chauffage de l’eau
16
(Source : Ressources Naturelles Canada (RETScreen)
Solar radiation = Rayonnement solaire
Glazing = Vitrage
Fluid outlet = Sortie du fluide caloporteur
Absorber = Absorbeur
Insulation = Isolant
Fluid inlet = Entrée du fluide
Ce type de capteur convient à des applications pour lesquelles la température est
modérée (entre 30 et 70 °C) et/ou à des applications qui nécessitent de la chaleur au
cours des mois d’hiver. Les capteurs à circulation de liquide sont plus communément
utilisés pour le chauffage de l’eau chaude des résidences et des commerces, pour le
chauffage des bâtiments, ainsi que celui des piscines intérieures. Les capteurs à air sont
utilisés pour le chauffage des bâtiments, de l’air de ventilation et pour le séchage des
récoltes.
Plus simples que les capteurs avec vitrage, les capteurs plans sans vitrage représentent
la plus grande surface installée par année de tous les capteurs solaires. Parce qu’ils ne
sont pas isothermes, ces capteurs conviennent mieux à des applications à basse
température, où la température désirée est inférieure à 30 oC, comme pour le chauffage
des piscines par exemple.
Chauffe-eau solaire plan sans vitrage
(Source : Ressources Naturelles Canada)
17
Les capteurs plans sans vitrage sont habituellement constitués d’une membrane noire, faite de
plastique stabilisé pour résister aux rayons ultraviolets. Ils absorbent une grande partie de
l’énergie solaire mais une grande partie de la chaleur absorbée est perdue lorsqu’il y a du vent
et que la température extérieure n’est pas assez chaude. Par contre, ils peuvent accumuler de
la chaleur même au cours de la nuit, lorsqu’il fait chaud.
Les chauffe-eau pour piscine sont constitués de panneaux (en plastique) dans lesquels on
fait circuler l’eau de la piscine. Par beau temps, un tel système permet, à peu de frais, de
réchauffer une piscine domestique jusqu’à 35o C. Il suffit d’une surface de captage
équivalente à environ la moitié de celle de la piscine. Un tel capteur solaire sera
idéalement installé sur le toit de la maison ou d’un grand cabanon, situé à proximité de la
piscine, et les tuyaux seront raccordés, en circuit fermé, au circuit de circulation d’eau de
la piscine, par la pompe existante.
Chauffe-piscine solaire
(Source : Techno Solis)
1.
Les capteurs solaires absorbent l'énergie du soleil et la transfèrent à l'eau de la
piscine qui circule dans les capteurs solaires.
2.
Un contrôle manuel permet la mise en marche ou l'arrêt du chauffe-piscine.
3.
La pompe et le filtre existants font circuler et filtrer l'eau de la piscine.
4.
Un clapet anti-retour sert à empêcher l'eau de circuler dans le sens inverse dans les
capteurs solaires, lorsque le chauffe-piscine ne fonctionne pas.
5.
Des raccords servent à joindre les capteurs ensemble et à réunir la tuyauterie
d'alimentation et de retour à l'ensemble des capteurs solaires.
6.
Des courroies servent à fixer les capteurs sur le toit.
7.
Les courtes courroies de fixation sont installées seulement sur les collecteurs
18
supérieurs, servant à retenir le poids des capteurs.
8.
Des vis sont utilisées pour attacher les courroies de fixation au toit et du silicone est
utilisé pour l'étanchéité du toit.
Les capteurs solaires dits intégrés constituent un autre type de capteur solaire actif
relativement simple. Il s’agit de réservoirs à eau peints en noir servant de simple
chauffage solaire pour l’eau de consommation domestique, dans les pays chauds. Le
réservoir de stockage et l’absorbeur solaire agissent en tant qu’unité simple et il n’y a pas
d’autres composantes.
Dans les chauffe-eau solaires utilisés pour l’eau de consommation domestique, un circuit
primaire constitué de capteurs solaires réchauffe l’eau (ou un autre caloporteur) et un
circuit secondaire délivre l’eau ainsi chauffée vers un réservoir (chauffe-eau
conventionnel). Les capteurs sont généralement constitués d’un boîtier plat et
rectangulaire, isolé et fermé par une vitre, exposé au soleil sur le toit d’une maison. Le
capteur agit comme une serre, retenant l’énergie solaire pour réchauffer des tubes (noirs,
en cuivre ou en aluminium). Dans ces tubes circule l’eau (ou un autre caloporteur) qui
s’échauffe au contact des parois. À la sortie des capteurs, la température du caloporteur
peut atteindre 95 oC. La tubulure du circuit secondaire achemine l’eau ainsi échauffée
vers un réservoir où sa chaleur est transférée (par des serpentins) à l’eau de
consommation domestique, y laissant sa chaleur, avant d’être réacheminée au capteur
solaire pour être à nouveau réchauffée. Une pompe remonte l’eau du réservoir vers le
capteur. Un tel système, où les fluides ne se mélangent pas, est nécessaire parce que
l’eau du circuit primaire, exposée aux conditions hivernales, risque de geler et qu’il faut,
par conséquent, y ajouter de l’antigel (impropre à la consommation).
Un tel système ne peut fournir, à lui seul, 40 à 60 % de l’énergie requise pour satisfaire les
besoins en eau chaude domestique. Il doit comporter un autre système de chauffage
(électricité, huile à chauffage, gaz naturel) pour fournir l’énergie manquante et pallier
l’intermittence ou le manque d’ensoleillement. Un système de contrôle électronique
permet de régler et d’optimiser le fonctionnement de l’ensemble : il gère les apports du
capteur solaire et la contribution du système d’appoint.
Chauffe-eau solaire à capteurs sous vide
Les capteurs solaire à boîtier sous vide possèdent un caloporteur sélectif, dans leurs tubulures,
afin de récupérer le maximum d’énergie solaire.
Le rayonnement solaire (direct ou diffus) traverse la vitre du capteur. Dans le caisson du
panneau solaire, une surface absorbante capte l’infrarouge du rayonnement. Celui-ci est piégé
par la vitre. Entre la plaque absorbante et l’isolation arrière du panneau, un circuit d’eau collecte
la chaleur. Ce circuit transfère la chaleur dans un réservoir via un échangeur.
Un circuit (secondaire) peut distribuer l’eau chaude ou alimenter le chauffage via le réservoir de
stockage. Un circuit d’appoint est installé, pour satisfaire l’ensemble des besoins en chaleur (ce
que le chauffe-eau solaire ne peut faire seul).
19
(Source : Pour une amélioration de la performance énergétique des logements neufs,
Ministère de la région wallonne, Belgique, 2004)
La surface vitrée fait qu’il se dissipe peu de chaleur dans le boîtier : sa tubulure, ainsi isolée du
milieu extérieur, ne renvoi pas de chaleur vers l’extérieur, même par grands froids.
Capteurs sous vide
(Source : Ressources naturelles Canada)
Dans les capteurs sous vide, des conduits, les évaporateurs, sont disposés en travers dans le
boîtier. Ils renferment un liquide (de l’eau saline ou de l’alcool) qui s’évapore en absorbant le
rayonnement solaire et monte vers un condensateur où se fait le transfert de la chaleur au
fluide caloporteur qui va vers le réservoir d’eau chaude. Le procédé d’évaporation et de
condensation se fait par gravité et est entièrement autonome.
Les capteurs sous vide sont parmi les plus capteurs solaires thermiques les plus efficaces
mais aussi les plus coûteux. Ils conviennent à des applications où les températures
moyennement élevées (entre 50 et 95 oC), dans des conditions de climat froid.
Ces systèmes étant capables de fournir des températures élevées, il est possible de les
utiliser dans des systèmes de climatisation, pour la régénération des cycles de réfrigération.
Les capteurs solaires thermiques peuvent aussi servir à chauffer les espaces habitables,
par exemple, en acheminant l’eau échauffée (40 oC) vers des serpentins installés dans les
planchers ou vers des radiateurs muraux (plaques murales de grande dimension). Une
dalle de béton de 10 à 15 centimètres d’épaisseur suffit à minimiser les variations
journalières de température. La dalle joue à la fois un rôle de stockage et de diffusion de
la chaleur.
De 25 à 50 % des besoins en chauffage peuvent être couverts par un tel système. Dans
ce cas, il est toutefois nécessaire de prévoir une réserve d’eau chaude beaucoup plus
grande que celle que contiendrait un réservoir (chauffe-eau) conventionnel (environ
200 litres). Il faut envisager l’installation d’un réservoir supplémentaire de grande capacité
(500 à 2 000 litres). Pour les besoins et les habitudes de consommation qu’on connaît au
Québec, le réservoir d’eau chaude aura une capacité de 100 à 300 litres, pour une
20
résidence unifamiliale, et de plus de 1 200 litres, pour un immeuble de 15 logements, par
exemple.
Chauffage solaire de l’eau et des espaces habitables
La compagnie québécoise Enerconcept fabrique et installe des systèmes de capteurs solaires
de chauffage de l’eau chaude domestique.
(Source : Enerconcept)
Dans le système SolAirEau, ici illustré, les capteurs solaires chauffent l'air jusqu'à 90o C. Cet air
chaud passe par un échangeur de chaleur et permet le chauffage de l'eau domestique. En
hiver, l'air chaud peut servir à chauffer la maison au lieu de l'eau.
Dans une variante couplée à une pompe à chaleur, Enerconcept offre aussi un système de
chauffage de l’air ou de l’eau.
(Source : Enerconcept)
Ce système, appelé thermopompe héliothermique, permet de chauffer lair de ventilation et/ou
l’eau chaude domestqiue en consommant de 3 à 5 fois moins d'électricité qu’avec un système
traditionnel tout électrique.
Une autre compagnie québécoise, HLT Énergies, fabrique et installe des capteurs solaires pour
le chauffage de l’eau. Ces capteurs ont été développés par l'École de technologie supérieure
(ÉTS).
21
(Source : HLT Énergies)
En moyenne, l’énergie générée par un capteur solaire thermique HLT est estimée à
2,5 MWh/année, ce qui peut représenter de 50 à 60 % des besoins moyens en eau chaude des
consommateurs québécois.
HLT offre aux consommateurs d’acheter l’énergie (eau chaude) qu’ils produisent, sans avoir à
payer pour l’équipement proprement dit. L’équipement demeure la propriété de HLT, qui agit
comme un fournisseur d’énergie.
En ce qui concerne la taille et la puissance des installations de chauffage de l’eau de
consommation domestique, une surface de 6 m2 de capteur pour un réservoir de 240 litres
constitue une base de référence6. Pour un système combiné, pour chauffer l’eau chaude
domestique et des planchers chauffants, il faut compter une surface de capteur
équivalente à environ 10 % de la superficie habitable. (On peut envisager entre 10 et 20
m2 de capteurs installés sur le toit pour couvrir environ 30 % des besoins en chauffage7.)
Installation et positionnement
L’angle d’incidence des rayons du soleil sur les capteurs influence directement l’énergie
captée : idéalement, il faut que les rayons frappent la surface des capteurs à angle droit (90o).
Dans la pratique, les capteurs étant installés sur des toitures existantes (non optimisées par
rapport à l’incidence des rayons du soleil), une inclinaison d’environ 45o (correspondant à la
latitude moyenne des zones les plus peuplées du Québec) et une orientation plein sud de la
maison seront recherchées.
À la latitude de Montréal, le maximum de rayonnement solaire annuel est obtenu pour une
surface orientée au sud (plus exactement à 2o à l’est du sud) et inclinée à 38o par rapport à
l’horizontale. Autour de la zone d’inclinaison où le rayonnement est maximum, une zone où le
rayonnement demeure à plus de 95 % du maximum occupe une large gamme d’inclinaisons et
d’azimuts.
Comme le montre le diagramme qui suit, le coefficient d’énergie solaire que recevra un capteur
solaire orienté en direction du sud-ouest et incliné à 45o, pour un azimut de 45o, est de 0,92. Le
capteur recevra encore 92 % du rayonnement maximum (1 505 kwh/m2 par année). Pour une
telle orientation, le rayonnement solaire sera de 1 385 kwh/m2 par année (0,92 X 1 505) sur une
base annuelle.
6
7
« Guide des énergies vertes pour la maison », Patrick Piro, Terre vivante – L’écologie pratique, 2006.
Ibid.
22
Rayonnement solaire annuel incident (direct + diffus +réfléchi)
en fonction de l’inclinaison et de l’azimut (pour Montréal)
(Source : Abondance-Montréal)
Les rendements des capteurs demeurent acceptables pour des inclinaisons variant entre 30o et
60o et une orientation allant du sud-est au sud-ouest. Dans tous les cas, il faut vérifier et
minimiser les ombres que peuvent faire les éléments environnants.
Certains capteurs sont conçus pour servir directement de revêtement de toiture, à la place des
bardeaux ou des tuiles conventionnelles. Ce type de capteurs (adaptés à la construction
nouvelle ou à la rénovation) permet des économies appréciables de nature à rentabiliser des
installations solaires. Ils réduisent les infrastructures d’installation, facilitent leur intégration à
l’architecture des bâtiments et leur « acceptabilité ».
1.1.2.2 Solaire photovoltaïque
Le rayonnement solaire peut être converti en électricité par des capteurs photovoltaïques
(PV). Ces capteurs sont généralement constitués de composants électroniques au
silicium. Le silicium est abondant dans la nature et peu coûteux (c’est essentiellement du
sable). Moyennant certaines modifications, le silicium possède la propriété de transformer
les ondes lumineuses (photons) en électricité : c’est l’effet photoélectrique.
Panneaux PV
L’élément de base d’un panneau PV est une cellule photovoltaïque : il s’agit d’une plaquette de
silicium d’une quinzaine de centimètres de côté et d’un tiers de millimètre d’épaisseur
constituée de silicium auquel de composés le rendant photoconducteur ont été additionnés. La
lumière qui en frappe la surface est transformée en charges électriques mobiles, soit un
courant électrique allant typiquement de 5 à 7 ampères, à une tension de 0,6 volts.
Plusieurs dizaines de telles cellules sont assemblées et raccordées pour former un panneau
PV. Les panneaux vendus dans le commerce sont de dimensions variables, typiquement entre
0,5 m2 et 3 m2, et la tension à leurs bornes est standardisée entre 12 et 14 volts.
23
(Source : ADEME)
Il y a trois principaux types de cellules photovoltaïques vendues dans le commerce :
− les cellules à base de silicium monocristallin (pur et découpé en minces plaquettes), qui
donnent les meilleurs rendements (≈ 18%) mais sont coûteuses;
− les cellules à base de silicium polycristallin (disques découpées dans des lingots de rebuts
de silicium monocristalin fondus), qui donnent un rendement moyen (≤ 16 %);
− les cellules à base de silicium amorphe, qui donnent des rendements moins élevés (≈ 8 %)
mais sont peu coûteuses et largement utilisées (calculatrices, etc.).
Les cellules photovoltaïques sont généralement résistantes et durables : les fabricants
annoncent moins de 5 % de perte de rendement après une durée de vie de 30 ans et plus.
En fonction de la latitude moyenne (45o) des zones les plus densément peuplées du
Québec, une inclinaison allant de 20 à 60 degrés est adéquate. Les panneaux peuvent
être installés sur des supports ou plus simplement sur les toitures (lorsque l’orientation est
bonne). Et les modules produisent même par temps nuageux (plus faiblement cependant),
quand le rayonnement solaire n’est que partiellement présent. Les panneaux PV installés
en toiture peuvent être superposés à des boîtiers de captage de chaleur pour le
préchauffage de l’air de ventilation, pour profiter de la chaleur accumulée derrière les
panneaux PV, ce qui en évite la surchauffe et, en plus, en améliore les rendements
(≈ + 0,5 % par degré Celsius de refroidissement).
24
La prise en compte de telles installations au moment de la conception même des
bâtiments est un facteur de rentabilité ou, à tout le moins, de réduction des surcoûts. Il est
alors possible d’en optimiser l’intégration à leur structure et à leur architecture.
1.2 Aspects technico-économiques
1.2.1 Technologies passives
En limitant au maximum les pertes thermiques, les besoins en apport de chaleur des
maisons solaires passives peuvent être de l’ordre d’une quinzaine de kilowattheures par
mètre carré par année. (Selon la SCHL, les « vielles » maisons, mal isolées, peuvent
consommer plus de 350 kWh/m2 par année, pour les bâtiments chauffés à l’électricité, et
les nouvelles maisons, mieux isolées, environ 100 kWh/m2 par année.) Sans système de
chauffage, les apports solaires fournissent l’essentiel de l’énergie requise pour maintenir
une température confortable à l’intérieur. Ils sont complétés par la chaleur dégagée par
les activités de ses occupants (environ 100 watts par personne) et par les pertes de
chaleur des appareils domestiques.
La construction d’une maison solaire passive représente cependant des coûts
supplémentaires, de l’ordre de 15 %8. Ce « surinvestissement » (de l’ordre de 20 à
25 000 $) doit être comptabilisé en fonction des économies d’énergie (- 60 %, soit
≈ 1 000 $ par année).
La conception intégrée de l’enveloppe et du système de chauffage permet des optimums
énergétiques. Les efforts faits sur l’isolation peuvent se traduire par des économies sur le
système de chauffage et même sa suppression.
Surcoûts des maisons passives en fonction de la consommation d’énergie de chauffage
(Source : ADEME)
Les surcoûts (Mehrkosten) sont donnés par rapport à une construction standard. La zone
ombragée (verte) correspond à plus de 200 projets réalisés en Allemagne.
Les surcoûts se chiffrent à environ 250 €/m², pour les maisons passives (zéro énergie nette).
Les surcoûts liés spécifiquement aux principaux composants varient en fonction de leur
performance énergétique.
8
« Guide des énergies vertes pour la maison », Patrick Piro, Terre vivante – L’écologie pratique, 2006.
25
−
−
−
−
−
(Source : ADEME)
Fenêtre (Fenster)
Mur (Wand)
Toiture (Dach)
Plafond de la cave (Kellerdecke)
Coefficient de pertes thermiques (Wämedurchgangskoeffizient )
En première analyse, on peut estimer qu’il faudra de 20 à 25 ans pour récupérer le
surinvestissement. Cependant, le confort, la durabilité et la valeur accrus de la maison
(difficilement quantifiables) viendront réduire cette période de « retour sur
investissement ».
Relation entre les coûts d’isolation et les coûts de chauffage
(Source : Passivhaus Institut)
Pour réduire de 60 à 15 kWh/m² par année l’énergie de chauffage, un investissement doit être fait pour
limiter les pertes de chaleur. La construction est de plus en plus coûteuse en matériaux et en
techniques d’isolation et de ventilation. Mais la dépense en énergie baisse (en décroissance linéaire) et
certains coûts d’exploitation, qui ne peuvent toutefois pas compenser les surcoûts de construction (en
croissance exponentielle), baissent aussi.
26
Le niveau de 15 kWh/m2 par année pour une maison passive correspond à un minimum de coûts
d’investissement.
À titre d’exemple, en Suède, où la loi est exigeante (triple vitrage et grande épaisseur
d’isolation), les surcoûts des maisons à haute efficacité ne représentent qu’environ 2 %
des coûts d’une construction conventionnelle.
Dans des projets entrepris ailleurs en Europe (Allemagne, Suisse), 5 à 15 % des surcoûts
sont engendrés par l’augmentation de l’isolation, les vitrages, les capteurs solaires et la
ventilation. De tels investissements peuvent être amortis en une vingtaine d'années et
l'inévitable augmentation du coût de l'énergie accélérera sans doute leur amortissement.
De plus, une grande partie des surcoûts est compensée par l'absence d'installation de
chauffage, ce qui signifie qu’il est plus intéressant financièrement de construire des
maisons passives « Zéro énergie nette » (15 kWh/m2 par année) que des maisons à
haute efficacité énergétique (60 kWh/m2 par année) qui nécessiteront quand même un
système de chauffage d’appoint.
En Suisse, des études9 ont montré que la valeur marchande de telles maisons peut être
d’environ 10 % supérieure aux maisons neuves construites selon les normes en vigueur.
(Une telle plus value correspondrait à environ 15 000 $ à 20 000 $ au Québec, en
considérant un prix moyen de l’ordre de 200 000 $).
En Allemagne, l’investissement lié à un immeuble Passivhaus est variable, le plus
souvent supérieur de 5 à 12 %, par rapport aux bâtiments construits selon les normes
habituelles10.
Bâtiments solaires passifs : Études de cas11
Vitrages à haute efficacité
Une étude RETScreen a montré que, pour une maison unifamiliale (Madawaska, dans
l’Outaouais), un double vitrage (avec argon et faible émissivité) peut apporter une
contribution en énergie de 7,5 MWh/an et donner un taux de rendement interne (TRI),
supérieur à 30 %, avec une période de retour simple sur investissement de 8 ans.
Un triple vitrage donnerait un TRI de 12 %, avec un temps de retour simple sur
investissement de 17 ans, avec une contribution en énergie s’élevant à 11,5 MWh/an.
Chacune de ses options est donc plus intéressante sur le plan financier que le double vitrage
ordinaire et donne un TRI supérieur au taux hypothécaire.
Le surcoût marginal du triple vitrage par rapport au double vitrage performant est beaucoup
plus long à amortir que le surcoût entre le double vitrage performant et le double vitrage
ordinaire, mais il procure un confort additionnel. Le surcoût reste financièrement rentable
puisqu’il donne un TRI supérieur à la plupart des placements financiers proposés par le
secteur bancaire.
9
Ibid.
« Comparaison internationale Bâtiment et Énergie », Rapport intermédiaire, PREBAT ADEME, Décembre 2006,
ADEME.
11
Extraits d’études de cas réels faites à partir du logiciel RETScreen, publiées par le Centre d’aide à la décision sur
les énergies propres de Ressources naturelles Canada.
10
27
Comme l’investissement dans des vitrages à haute efficacité donne de meilleurs rendements
financiers que les coûts hypothécaires, les propriétaires peuvent être amenés à ne pas
chercher à les plus courts temps de retour possibles. La décision d’investir peut aussi reposer
sur des critères de confort et de valeur accrus.
Triple vitrage
(Photo : Loewen Window Center)
Maison passive exemplaire
CANMET, la principale division de R&D de Ressources Naturelles Canada, avait lancé (en
1991) un concours adressé à l’industrie canadienne de la construction. Il s’agissait de
concevoir et de construire des maisons exemplaires en matière de performances énergétiques
et de protection environnementale.
Dans le cadre de ce concours, l’Association des constructeurs d’habitations de la région de
Kitchener-Waterloo, en collaboration avec Enermodal Engineering Limited, ont conçu et
construit la Waterloo Region Green Home.
Cette maison a été conçue pour consommer beaucoup moins d’énergie, d’eau et faire appel à
moins de matériaux de construction qu’une maison conventionnelle. Elle offre un haut niveau
de confort, avec un air intérieur de bonne qualité, et procure à ses occupants des économies
d’énergie et d’eau évaluées entre 1 200 et 2 000 $ par année. Les frais annuels de chauffage
sont de l’ordre de 100 $.
Les fenêtres et leur vitrage ont été choisis avec un haut pouvoir isolant et une bonne
transparence aux rayons solaires. Elles sont à triple vitrage à cavités remplies d’argon, des
intercalaires isolants et deux films à basse émissivité. Les cadres sont en fibre de verre remplis
de mousse isolante. Les fenêtres sont disposées de manière à optimiser les gains solaires en
hiver et à les réduire au maximum en été. Elles sont dimensionnées pour éviter de créer des
surchauffes. Grâce à ce type de vitrage, le chauffage périphérique n’était plus nécessaire.
L’étude RETScreen montre que :
− le chauffage solaire passif peut réduire considérablement les coûts de chauffage d’une
maison, même en climat froid;
− il n’est pas nécessaire de prévoir de chauffage périphérique dans une maison équipée de
fenêtres à haut rendement;
− une sélection adéquate de vitrages à haute efficacité, leur orientation et les ombrages
appropriés permettent de réduire, et même d’éliminer les besoins en climatisation.
28
Le chauffage solaire passif, élément clef de la conception de cette maison, contribue pour
50 % aux besoins de chauffage de la maison.
Maison écologique Waterloo Region Green Home, Waterloo (Ontario)
(Photo : Enermodal Engineering Ltd.)
Immeuble à appartements en copropriété
Dans le marché spéculatif des immeubles en copropriété, Enermodal Engineering Ltd. a
participer à la construction d’un édifice à haute efficacité énergétique en fonction des
exigences de performance Énergétique du programme C 2000 de Ressources naturelles
Canada et du Concours « Défi Idées » de la Société canadienne d’hypothèques et de
logement.
Des fenêtres à haut rendement constituent un élément important de ce projet. Elles offrent
un confort accru et des économies d’énergie substantielles. De plus, leur installation a
permis d’éviter l’installation d’un système de chauffage périphérique, avec les coûts qui y
sont associés, et de réduire la capacité de la chaufferie et du système de climatisation.
Les économies réalisées sur les systèmes de chauffage et de climatisation sont estimées à
250 $ par appartement. La période de retour sur l’investissement pour les fenêtres à haute
efficacité est de 5 ans.
Les fenêtres sont à cadre en fibre de verre et double vitrage, avec intercalaire isolant,
remplissage de la cavité à l’argon et film à faible émissivité.
Combinés à une isolation thermique renforcée de l’enveloppe, ces fenêtres permettent de
maintenir une température de surface intérieure suffisamment élevée pour se passer du
chauffage périphérique en hiver.
L’étude RETScreen montre que :
− des fenêtres à haut rendement peuvent réduire considérablement les frais de chauffage
et de climatisation des appartements d’un grand immeuble;
− avec des fenêtres à haut rendement, l’installation d’un chauffage périphérique n’est pas
nécessaire;
− les économies d’énergie liées à l’utilisation de fenêtres à haut rendement, combinées
aux économies sur les systèmes de chauffage, permettent de payer une grande partie
des surcoûts de ces fenêtres par rapport à des fenêtres bas de gamme.
29
Immeuble à appartements en copropriété, Dundas (Ontario)
(Photo : Enermodal Engineering Ltd.)
Certains co-bénéfices de la construction de maisons solaires passives sont quantifiables,
comme le supplément de prix de vente (exemple suisse) ou de revenus locatifs plus
élevés, en raison de la qualité d’une telle maison. Il y a aussi des avantages plus difficiles
à chiffrer, mais non moins intéressants comme le confort accru, la protection contre le
bruit et la meilleure qualité de l’air.
1.2.2 Technologies actives
1.2.2.1 Solaire thermique
Les systèmes de chauffage solaire de l’air sont relativement peu coûteux : on estime les
coûts à 3 ¢/kWh12 (équivalant à un prix du gaz naturel à 30 ¢/m3).
Chauffage solaire de l’air : Études de cas13
Immeuble à logements
Le ministère du Logement de l’Ontario avait lancé (en 1993), un programme de réfection des façades
de plusieurs immeubles résidentiels qui avaient des murs de briques endommagés.
Conserval Engineering a réalisé plusieurs études de faisabilité pour des immeubles de ce
type et a démontré qu’un système de chauffage solaire de l’air pouvait être installé à un coût
avantageux (courte période retour simple sur l’investissement). La plupart des immeubles
résidentiels équipés d’unités de toiture pour apport d’air neuf, et ayant besoin d’un écran
pluvial, pouvaient être avantageusement équipés d’un système de ventilation à capteur
solaire et écran pluvial métallique combinés, raccordé aux unités de ventilations en toitures
existantes.
L’immeuble à logements pour personnes âgées situé de Windsor (Ontario), équipé d’un tel
système, est plus haute installation de ce type jamais réalisée.
Le capteur solaire à air, non vitré, installé sur cet immeuble a une hauteur de 61 m et une
12
Information fournie par Enerconcept, pour un système exploité sur une période de 25 ans.
Extraits d’études de cas réels faites à partir du logiciel RETScreen, publiées par le Centre d’aide à la décision sur
les énergies propres de Ressources naturelles Canada.
13
30
largeur de 5,5 m, pour une surface totale de 335 m2. Quand il fait soleil, ce grand capteur de
chaleur est utilisé pour préchauffer l’air neuf de ventilation qui alimente le système de
ventilation qui comprend un chauffage au gaz naturel. On y a mesuré des élévations de
température de l’air passant à travers le capteur solaire aussi élevées que 30 oC. Installé il y
a plusieurs années, en 1994, ce système procure depuis des économies d’énergie d’environ
210 MWh par année.
Le surcoût de l’option chauffage solaire de l’air par rapport à un simple écran pluvial est de
l’ordre de 29 000 $, alors que les économies d’énergie générées atteignent 5 000 $, ce qui
donne une période de retour sur investissement de 6 ans.
L’étude RETScreen montre :
− que les coûts de raccordement d’un capteur solaire mural à un système existant de
ventilation peuvent être élevés si les ventilateurs ne sont pas proches d’un mur sud, ce
qui serait une situation idéale;
− qu’il y a systématiquement lieu d’envisager l’installation d’un système de chauffage
solaire de l’air lorsque l’on doit remplacer des ventilateurs d’apport d’air neuf.
Manoir Ouellette : Résidence pour personnes âgées, Windsor (Ontario)
(Photo : Conserval Engineering Inc.)
Bâtiment scolaire
La Commission scolaire de Toronto exige des taux de renouvellement d’air assez élevés dans
les salles de classe, pour éviter des problèmes de qualité d’air intérieur. L’air neuf peut être
réchauffé à l’électricité, ce qui engendre des coûts d’énergie très élevés. Des essais ont aussi
été réalisés avec des ventilateurs récupérateurs de chaleur mais ces appareils se sont avérés
31
trop coûteux.
Ressources naturelles Canada a fourni à la commission scolaire un système de chauffage
solaire de l’air pour qu’elle en fasse l’essai. Le système mis à l’essai comportait un mur solaire
proprement dit (surface absorbante en métal perforé) pour le préchauffage de l’air et deux
modules photovoltaïques fournissant l’électricité requise pour faire tourner les ventilateurs.
Les jours ensoleillés, l’élévation de température de l’air passant dans le système a été jusqu’à
plus de 30 oC par rapport à la température de l’air entrant. Même pendant les journées
nuageuses, l’élévation de température s’est maintenue entre 5 et 8 oC. (Le débit d’air diminue
avec l’ensoleillement, les modules photovoltaïques régulant la vitesse des ventilateurs.
La quantité typique de chaleur produite par le système en une journée de fonctionnement a été
de 30 kWh, le profil journalier de la fourniture d’énergie suivant bien les besoins en chauffage
d’air neuf.
Le monitoring a de plus montré que par temps très froid et ensoleillé, la seule consommation
d’électricité nécessaire était celle requise pour l’éclairage de la salle de classe, ce qui
démontre que le chauffage électrique auxiliaire n’était pas utilisé et donc que le système de
chauffage solaire de l’air était capable de répondre entièrement, non seulement à la demande
de chauffage d’air neuf de ventilation, mais aussi à la charge de chauffage du local.
Les coûts additionnels de l’option chauffage solaire de l’air par rapport à un système
conventionnel se sont chiffrés à environ 1 500 $ et on estime les économies annuelles à 500 $,
ce qui donne une période de retour sur l’investissement de 3 ans.
Pour un tel systèmes, l’étude RETScreen montre :
− que la puissance des modules photovoltaïques peut être réduite (une capacité de 40 à
60 W serait suffisante), ce qui en réduit les coûts;
− que le chauffage solaire de l’air peut fonctionner la fin de semaine afin de réduire la charge
de chauffage du bâtiment.
Mur sud d’une salle de classe d’un bâtiment préfabriqué à Toronto (Ontario)
(Photo : Conserval Engineering Inc.)
Bâtiment industriel
En 1994, Canadair a demandé à Ressources naturelles Canada et à Enermodal Engineering
Limited de préparer une étude de faisabilité sur l’implantation d’un système de chauffage
solaire de l’air (CSA) à son atelier d’usinage et d’assemblage de pièces d’avion de Montréal.
Le revêtement extérieur du bâtiment était complètement à refaire depuis de nombreuses
32
années, l’isolation des murs avait aussi besoin d’être augmentée et on voulait améliorer la
qualité de l’air intérieur en augmentant la capacité de ventilation. L’objectif de l’étude de
faisabilité était d’établir la viabilité financière du système de chauffage solaire de l’air en
comparaison aux plans initiaux prévus pour les travaux. Les calculs préliminaires ont montré
qu’un tel système serait rentable pour couvrir les besoins de ventilation des ateliers de
production et d’assemblage de Canadair (116 000 m2) et une période de retour sur
l’investissement de 1,7 an.
Le système de chauffage solaire de l’air qui a été installé à l’usine de Canadair intègre des
pratiques qui relèvent à la fois du secteur industriel et du secteur commercial :
− la moitié de la capacité de ventilation est similaire à un système de type industriel, c’est-àdire que des ventilateurs d’air sont combinés à des registres qui font varier le rapport entre
la quantité d’air neuf réchauffé par l’énergie solaire et la quantité d’air repris au niveau du
plafond, de manière à réguler la température;
− l’autre moitié est similaire à un système de type commercial, c’est-à-dire que des unités de
chauffage d’air au gaz naturel s’ajoutent à l’énergie solaire pour assurer, lorsque
nécessaire, la température désirée d’air neuf.
Le capteur solaire est réparti sur deux façades qui sont orientées par rapport au sud, l’une de
40º vers l’est, l’autre de 50º vers l’ouest.
Les extracteurs d’air en toiture sont commandés par des thermostats situés au niveau du
plafond, ce qui permet de réduire les pertes thermiques du bâtiment et de générer des
économies par déstratification.
Dans ce cas, l’étude RETScreen montre :
− qu’il est possible d’utiliser efficacement deux façades d’un bâtiment pour augmenter la
surface disponible pour l’installation de capteurs solaires;
− que l’utilisation de ventilateurs à haute efficacité permet d’éviter d’augmenter la
consommation d’électricité pour extraire l’air du capteur solaire à un débit comparable à
celui de simples unités de toit.
Le système de l’usine de Canadair est le plus grand système solaire de chauffage de l’air à
avoir jamais été installé. Ce projet a permis de montrer que l’énergie solaire permet de générer
d’importantes quantités d’énergie en milieu industriel, et ce avec une rentabilité financière
intéressante pour des clients industriels.
Système de chauffage solaire de l’air de l’usine Canadair, à Montréal (Québec)
(Photo : Enermodal Engineering Ltd.)
Pour les chauffe-eau solaires, on estime que l’installation d’un système capable de
répondre aux besoins d’une famille moyenne coûte environ 5 500 $ (coûts actuels au
Canada).
33
Coûts des chauffe-eau solaires14
Surface de capteur
≈ 6 m2 (2 X 2,97 m2)
Coûts unitaires
920 $/m2
1 300/kW
Coût total
≈ 5 500 $
Les coûts d’installations sont variables et des réductions sont possibles dans le cas des
bungalows (toiture facilement accessible) et dans les nouvelles constructions (tuyauterie
plus facilement mise en place). Ainsi, dans les faits, au Canada, les coûts peuvent
actuellement varier entre 4 350 $ et 6 450 $15.
Dans la plupart des régions du Canada, les systèmes de chauffe-eau solaire peuvent
combler plus de 50 % des besoins en eau chaude domestique. Une analyse16 faite à
partir du logiciel RETScreen donne une évaluation des coûts et des économies de tels
systèmes.
Capacité énergétique et coûts des chauffe-eau solaires17
Énergie
solaire
captée
(kWh/an)
Énergie
substituée
(Source)
2 860
Électricité
Coûts
de production
Économies
Annuelles
Coût de base
(¢/kWh)
Rendement
Coût
Effectif
(¢/kWh)
(¢/kWh)
$
7,3
85 %
8,6
15,4
246
Avec un chauffe-eau solaire ayant une surface de captage de 6 m2, il est possible de tirer
près de 3 000 kWh d’énergie par année. Puisque les besoins pour le chauffage de l’eau
varient généralement entre 4 000 et 6 000 kWh, les chauffe-eau solaires permettent de
couvrir jusqu’à 70 % de ces besoins. Toutefois, à cause de l’inadéquation entre l’offre et
la demande, les économies effectivement réalisées ne seront pas aussi élevées. (Les
besoins pourront être amplement comblés en été mais seront couverts au plus à 50 % en
hiver.)
Chauffage solaire de l’eau : Études de cas18
Maison unifamiliale
À l’été 1997, un chauffe-eau solaire a été installé sur une maison centenaire, propriété de la
famille Kadulski, située à Vancouver Nord (Colombie-Britannique). En même temps, cette
maison a subi d’importantes rénovations qui ont permis d’améliorer ses performances
énergétiques grâce à une isolation renforcée et un système de chauffage à haute efficacité.
Cette maison de 2 étages a une superficie de 185 m2 et est occupée par 3 personnes.
Trois capteurs solaires plans de 2,2 m2 (0,9 m x 2,4 m), à simple vitrage, ont été installés en
toiture, sur des dormants de bois, eux-mêmes fixés à la charpente du toit.
14
« The price of Solar Water Heating in Canada », Association canadienne de l’énergie solaire, 2006.
Ibid.
16
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
17
Ibid.
18
Extraits d’études de cas réels faites à partir du logiciel RETScreen, publiées par le Centre d’aide à la décision sur
les énergies propres de Ressources naturelles Canada.
15
34
Selon le réglage des capteurs solaires, chaque fois que le contrôleur indique une possibilité de
gains thermiques, une pompe fait circuler de l’eau dans les capteurs (boucle solaire). La
boucle solaire transfère son énergie à un réservoir d’eau chaude standard (150 litres).
Le système solaire fournit l’équivalent de 2 MWh (7,2 GJ) d’énergie par année, sous forme
d’eau chaude, soit environ la moitié des besoins annuels d’énergie pour l’eau chaude sanitaire
de la maison.
L’étude RETScreen montre que les réservoirs d’eau chaude électriques standards constitue un
moyen adéquat pour stocker de l’énergie solaire pour les applications résidentielles de
chauffage solaire de l’eau.
Résidence des Kadulski, Vancouver nord Colombie-Britannique)
(Photo : Richard Kadulski)
Exploitation piscicole
En 1996, Ressources naturelles Canada et Pêches et océans Canada ont conjointement
supporté un projet d’évaluation du chauffage solaire de l’eau en pisciculture.
Deux sites ont été retenus, l’un à Guelph (Ontario), l’autre sur l’île de Vancouver, à Fanny Bay,
(Colombie-Britannique). L’objectif était de démontrer, en conditions réelles, les avantages et la
facilité d’utilisation du chauffage solaire de l’eau en pisciculture.
Un système solaire de 266 m2 (2 880 pi²) a été installé à la ferme productrice d’alevins de
saumon, à Fanny Bay. Dans ce système, l’eau d’alimentation des bassins d’élevage circule
directement dans les capteurs solaires montés sur le toit du bâtiment. L’eau réchauffée est
stockée dans deux réservoirs isolés, ce qui permet d’en garder pour réchauffer l’eau la nuit.
Le système solaire a été conçu pour élever la température de l’eau de puits de 7 oC à 14,5 oC,
Mais, si besoin est, celui-ci peut monter la température de l’eau jusqu’à 18 °C. Une valve de
mélange thermostatée assure que les alevins ne soient pas soumis à de trop grandes
variations de température.
Le système solaire a permis de réduire la consommation de la chaudière d’environ 25 % et se
remboursera par lui-même par l’énergie économisée en 6 ans.
L’étude RETScreen montre que :
− par une conception à faible débit, il est possible de réduire le débit d’eau à pomper, le
diamètre des tuyaux, le coût des pompes et la consommation annuelle d’électricité,
diminuant ainsi les coûts du système et en améliorant la rentabilité;
− en utilisant la toiture existante d’un bâtiment, les coûts d’une structure liée aux capteurs
35
−
solaires sont éliminés, réduisant ainsi notablement le coût total d’un tel projet;
des réservoirs en PVC sont suffisants pour stocker de l’eau non pressurisée et coûtent
beaucoup moins cher que des réservoirs métalliques.
Ce projet démontre par ailleurs que la production d’eau chaude à basse température est
l’application du chauffage solaire offrant le plus grand potentiel de rentabilité. Des capteurs bon
marché, sans vitrage, peuvent être utilisés avec de bons rendements. Les marchés du secteur
commercial et de l’agriculture qui utilisent de grands volumes d’eau chaude et qui ne sont pas
raccordés au réseau de gaz naturel sont les plus intéressants. Dans certains cas, les
utilisateurs peuvent éviter d’avoir à investir dans les coûts de l’installation solaire en achetant
plutôt l’énergie fournie d’une société de service énergétique qui installe, à ses frais,
l’équipement solaire.
Production d’alevins de saumon à Rosewall Creek (Colombie-Britannique)
(Photo : Ressources Naturelles Canada)
Complexe sportif
Le complexe sportif de Lillooet (Colombie-Britannique) n’ouvre sa piscine intérieure que 3 mois
par année, en mai, juin et juillet. Le hall de la piscine a été conçu avec un toit légèrement en
pente, orienté plein sud, afin de faciliter l’installation éventuelle d’un chauffe-piscine solaire.
Un tel système a pu y être installé en mai 1998. Il comprend 63 capteurs solaires non vitrés de
1,2 m x 3,7 m, capable de produire jusqu’à 250 kW par temps chaud et ensoleillé. L’eau de la
piscine circule directement dans les capteurs solaires, dès que les conditions de température
ou d’ensoleillement permettent de réchauffer la piscine intérieure, au besoin.
Le système solaire fonctionne automatiquement, sans aucune surveillance, sauf à l’ouverture
et à la fermeture de la saison.
La production annuelle d’énergie atteint 83 MWh (300 GJ) en remplacement du propane.
La compagnie de services éconergétiques qui gère le complexe sportif tire de cette installation
un revenu de 4 000 $ par année.
L’étude RETScreen montre que :
− il est avantageux de concevoir dès le départ des bâtiments dont le toit peut
(éventuellement) recevoir des capteurs solaires, ce qui permet d’éviter l’installation d’une
structure de support et contribue à réduire les coûts d’un projet solaire;
− les capteurs solaires pour piscine sont une technologie efficace et rentable.
En général, la période de retour sur investissement est inférieure à 10 ans pour les piscines
municipales intérieures. Pour les piscines extérieures, ouvertes de 3 à 4 mois par année, cette
36
période est du même ordre de grandeur ou même plus courte.
Les nouvelles piscines en construction devraient au moins prévoir à la conception une toiture
qui puisse ultérieurement accueillir des capteurs solaires. Des centaines de piscines
municipales pourraient bénéficier de l’énergie solaire pour réduire leurs frais d’exploitation et
contribuer à la sauvegarde de l’environnement.
Piscine du complexe sportif de Lillooet (Colombie-Britannique)
(Photo : Taylor Munro Energy Systems)
Compte tenu de leur durabilité, d’une vingtaine d’années, les économies cumulatives
(3 000 kWh/année X 0,073 ¢/kWh X 20 ans) totaliseraient environ 4 000 $, soit environ
70 % du coût d’installation. Mais, sur 20 ans, les prix des énergies traditionnelles
connaîtront vraisemblablement des hausses significatives, alors qu’au contraire, ceux des
capteurs solaires baisseront comme ce fut le cas dans des marchés où l’énergie solaire
s’est pleinement développée, en Allemagne et en Autriche notamment.
1.2.2.2 Solaire photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques sont relativement peu performantes : leur rendement
(rapport entre l’énergie électrique produite et l’énergie lumineuse incidente) ne dépasse
pas 18 % pour les capteurs PV vendus dans le commerce. Et leur fabrication consomme
beaucoup d’énergie. De plus, elles produisent un courant continu, comme celui d’une
batterie, ce qui oblige à installer un onduleur pour faire fonctionner des appareils
domestiques conçus pour fonctionner en courant alternatif.
Leurs applications vont du domaine de l’aérospatial (satellites), à celui des petits
équipements (chargeurs de batteries), en passant par ceux des maisons solaires, des
télécommunications, de la protection cathodique des pipelines, de la signalisation routière
(panneau à message variable), de l’électrification de sites isolés (stations
météorologiques, pourvoiries, bouées, phares, refuges).
Dans les applications résidentielles, un compteur électrique peut être installé à la sortie
de l’onduleur. Il permet de comptabiliser la production du système et la quantité
d’électricité vendue sur le réseau (le cas échéant). Le réseau agit comme une capacité
de stockage illimitée. L’électricité produite peut aussi être stockée dans des batteries.
Mais un tel système implique d’importantes pertes d’énergie et des coûts élevés. Les
batteries sont coûteuses (plus du tiers de l’investissement pour un système PV complet)
et relativement peu durables (7-8 ans) et il faut aussi prévoir l’installation d’une
génératrice électrogène d’appoint en cas de creux de production ou de pics de besoins.
Cette approche n’est applicable que pour les cas d’éloignement ou la difficulté d’accès au
réseau, rendant le raccordement trop coûteux (parfois plusieurs dizaines de milliers de
dollars) ou pour les sites isolés (chalet, gîte, pourvoirie, etc.).
37
Installations photovoltaïques : Études de cas19
Communauté isolée
Un système photovoltaïque (PV) de 3,2 kW a été installé (en juillet 1995) sur la façade sud du
Nunavut Arctic College, à Iqaluit (Nunavut). Iqaluit est située hors grands réseaux électriques
nord-américains et son réseau isolé est alimenté par des groupes électrogènes diesel. Le
système PV qui y a été installé alimente le réseau local et réduit la consommation de diesel.
Le système PV est installé verticalement sur une façade sud tournée à 30° vers l’ouest.
Soixante modules PV de 50 W chacun ont été connectés en 5 rangées parallèles de 12
modules en série. Un onduleur de 3 kW est raccordé au réseau. Le système ne comprend pas
de batterie d’accumulateurs pour stocker l’électricité produite, les charges raccordées au
réseau local étant suffisantes pour absorber la puissance produite par le système solaire.
L’étude RETScreen montre que, dans le cas des réseaux électriques isolés, le prix de revient
élevé de la production d’électricité par des groupes électrogènes est favorable aux systèmes
photovoltaïques. Dans de tels cas, il y a de bonnes perspectives de rentabilité.
La fiabilité des systèmes PV, leurs très faibles exigences d’entretien, de même que leur
longévité, sont des avantages importants à considérer dans le cas de réseaux éloignés,
lorsque les coûts d’entretien sont élevés et que la fiabilité doit être prise en considération.
Nunavut Arctic College, Iqaluit (Nunavut)
(Photo : LRDEC)
Chalet hors réseau
Les propriétaires d’un chalet situé au nord de Toronto (Ontario) ont choisi de produire leur
électricité avec un système photovoltaïque (PV) autonome plutôt que d’investir dans un
raccordement au réseau électrique ou d’utiliser un groupe électrogène.
Le chalet se trouve à 8 km du réseau électrique. En 1997, on y a installé un système PV de
300 W. Tel que prévu par le propriétaire, cette capacité a été augmentée en 1999, 100 W
additionnels ont été ajoutés.
19
Extraits d’études de cas réels faites à partir du logiciel RETScreen, publiées par le Centre d’aide à la décision sur
les énergies propres de Ressources naturelles Canada.
38
Le chalet est utilisé les week-ends, en été seulement. La consommation totale d’électricité par
jour la fin de semaine est d’environ 1,9 kWh en courant alternatif. L’électricité produite par les 8
modules (50 W chacun) est stockée dans des accumulateurs électriques (8).
L’étude RETScreen montre que :
− les chalets hors réseau sont une belle application des systèmes PV d’alimentation
électrique;
− un système PV devrait être conçu de manière à pouvoir recevoir des modules PV
additionnels sans modifications importantes aux infrastructures électriques;
− il est également important que la capacité des accumulateurs puisse accueillir la puissance
PV additionnelle.
Comme la plupart des chalets au Canada sont utilisés en été seulement, un système PV
bénéficie de la saison où le gisement solaire est à son meilleur.
Souvent le raccordement à un réseau électrique revient trop cher par rapport aux faibles
besoins saisonniers d’électricité des propriétaires de chalets situés hors réseau. De plus, les
systèmes PV éliminent le bruit et la pollution que provoquerait un groupe électrogène.
Chalet hors réseau alimenté en PV
(Photo : Judy Kitto)
Grand système PV
L'Académie du Mont-Cenis, à Herne (Allemagne) possède un vaste bâtiment équipé d’un
puissant système photovoltaïque (PV).
La capacité totale de ce système est de 1 000 kWc, ce qui en faisait le plus grand système PV
au monde lors de sa mise en service. Le système photovoltaïque, intégré au bâtiment, produit
plus de 2,5 fois la quantité d'électricité que le centre en consomme. À peu près 10 000 m2 de
la surface du toit sont constitués de 925 kWc de modules semitransparents.
L’étude RETScreen montre que :
− les cellules photovoltaïques intégrées à l'enveloppe d’un bâtiment peuvent accomplir
39
−
−
plusieurs fonctions (protection contre le climat, ombrage, éclairage naturel et production
d'électricité), ce qui peut améliorer significativement leur valeur et leur rentabilité;
les systèmes photovoltaïques de grande capacité intégrés à un grand bâtiment permettent
des économies d'échelle et peuvent résulter en des coûts relativement faibles du kWc
installé;
un système photovoltaïque de grande capacité intégré au bâtiment peut constituer un
élément rentable et à fort potentiel d'attraction en matière de durabilité et de haute
technologie pour toute une communauté.
La réalisation de ce projet a été rendue possible par la loi allemande sur l'énergie renouvelable
(Erneuerbare Energien Gesetz – EEG) qui encourage l'installation de systèmes PV connectés
au réseau et garantit un prix élevé (0,574 €/kWh, sur une base de 20 ans) pour l’électricité
produite par des installations indépendantes des grands distributeurs d’énergie.
Système PV à l’Académie Mont-Cenis, Herne (Allemagne)
(Photo : Programme PV, AIE)
Les systèmes PV sont généralement modulaires et il n’existe pas de système à usage
résidentiel standard. Toutefois, un système de 3 kW (20 m2) peut être considéré comme
équivalent à la capacité d’une maison moyenne. Ces systèmes sont relativement simples
à installer : quelques panneaux, des raccordements électriques et un compteur (mais il
vaut mieux faire appel à des électriciens expérimentés pour garantir une bonne
installation et un bon raccordement). Pour leur positionnement, comme dans le cas des
capteurs thermiques, il faut chercher une orientation (sud-est et sud-ouest) permettant le
plus possible aux rayons du soleil de frapper les panneaux à angle droit.
2. Contexte et état de situation
2.1
Potentiels énergétiques et économiques
2.1.1 Systèmes passifs
C’est en Allemagne qu’est né, dans les années 80, le concept de « maison passive »
(Passivhaus). À ce jour, plus de 3 500 maisons de ce type y ont été construites en
Allemagne.
Développement des maisons passives
Après un départ relativement lent, dans les années 80. Depuis, le nombre de constructions de
ce type a connu une forte progression, particulièrement après 2000.
40
Premières maisons passives à Darmstadt, en Allemagne
(Source : Passivhaus Institut)
(Source : Passivhaus Institut)
Sur une base annuelle, le nombre de nouvelles constructions passives (Zahl der bewohnten
Wohneinheiten) est passé de moins d’une dizaine en 1998 à plus de 2 500 en 2002.
En raison des bonnes perspectives de rentabilisation des investissements dans les
technologies solaires passives, ces technologies sont au seuil de la rentabilité et se
placent en tête de liste des technologies solaires dont il y aurait lieu de faire la promotion
au Québec. Les propriétaires de maisons consacrent de plus en plus d’efforts et d’argent
à les rénover et une bonne part des dépenses de rénovation – 11,3 milliards de dollars
en 2007, selon l’Association provinciale des constructeurs d’habitations (APCHQ) – vise
l’amélioration du confort. Les aménagements paysagers et l’installation de solariums sont
41
en bonne position dans les priorités des consommateurs québécois. Les solariums sont
vus comme un moyen de profiter des rayons du soleil dans un espace de vie ouvert sur
l’extérieur. Ils sont rarement installés pour capter l’énergie solaire de manière optimale,
souvent mal orientés et sans masse thermique, et représentent un investissement
important (plusieurs milliers de dollars). Cette recherche de confort accru et l’acceptation
de ces importants surcoûts sont de nature à faciliter l’introduction des systèmes solaires
et d’accroître l’intérêt des Québécois pour les maisons solaires passives.
En matière de désavantages ou d’inconvénients, les standards de la maison passive
n'imposent pas de contraintes particulières du point de vue de l'architecture (plans,
coupes, formes, couleurs.). L’objectif est d’obtenir un bon rendement énergétique et le
moyen pour l'atteindre importe peu. Cependant, l'emplacement des fenêtres peut donner
une apparence plus austère à une façade nord, par exemple. Et l'épaisseur des murs
peut signifier de nouvelles proportions générales et une allure plus massive.
2.1.2 Systèmes actifs thermiques
Les Européens sont activement engagés dans ce domaine, en croissance de 18 % en
2005, pour un total de 14 millions de mètres carrés installés. Mais ce chiffre ne
représente que 10 % d’un marché mondial que la Chine est en train de dominer, avec 20
millions de mètres carrés installés au cours de la seule année 2005.
Au Canada, dans les années 80, le gouvernement fédéral a activement supporté
l’industrie des chauffe-eau solaires, avec des manufacturiers et installateurs, dont la
compagnie québécoise PETROSUN, présents dans toutes les régions du pays.
Exemples de capteurs solaires installés au Québec dans les années 80
Projet Dominion Textile
42
Laboratoires de photo (ETCO)
Installations de lavage de wagon (CN)
(Source : Don Halme, AEE)
Le Programme de démonstration de l’énergie solaire au Canada, qui a été en vigueur de
1983 à 1987, offrait des rabais aux consommateurs et de l’aide aux manufacturiers. Le
développement marqué de l’énergie solaire qui s’est produit à cette époque, en grande
partie grâce à ce programme, a montré qu’il n’y a pas d’obstacle technique empêchant le
déploiement des systèmes de chauffe-eau solaires au Canada. Cependant, avec la fin
abrupte du programme, en 1987, au moment où survenait un krach boursier, les ventes
de chauffe-eau solaires au Canada se sont littéralement effondrées.
Historique des ventes de chauffe-eau solaires au Canada
(Source : « A National Framework for Solar Hot Water Systems »,
Nitya Harris, Greenpeace Canada, 2006)
Les ventes de capteurs solaires thermiques en 1988 ont représenté à peine 500 m2, alors
qu’elles avaient été de 29 000 m2 (60 fois plus) en 1986.
43
Cet effondrement a été le résultat d’un ensemble de facteurs comme la faillite de Petrosun (qui
détenait 80 % du marché), la fin abrupte d’un programme d’aide et l’absence d’une période de
transition (sans période de diminution graduelle des aides gouvernementales).
Avec la hausse relative des coûts des énergies traditionnelles, les perspectives de
rentabilité s’améliorent et l’intérêt pour les systèmes de chauffe-eau solaires renaît.
Les investissements dans les systèmes de chauffage solaire de l’air présentent aussi de
bonnes perspectives de rentabilisation et se placent peu après les systèmes solaires
passifs, qu’ils complètent, dans la liste des technologies solaires à promouvoir au
Québec.
La technologie des chauffe-eau solaires n’a généralement pas d’aussi bonnes
perspectives de rentabilité, mais présente néanmoins beaucoup d’intérêt et de potentiel
et il y aurait aussi lieu d’en faire la promotion au Québec dans les domaines résidentiel et
commercial.
Pour ce qui est de l’ampleur des marchés des chauffe-eau solaires, une étude de la
Fondation Susuki20 a montré que 63 % des maisons en Ontario pourraient être équipées
de systèmes chauffe-eau solaires. Cette estimation prend en compte des facteurs
saisonniers et l’orientation des bâtiments et de la possibilité de tirer profit de l’exposition
des façades sud au soleil, de même que la présence de surfaces de toiture suffisantes
(6 m2) pour en faire l’installation. On estime que 60 % des maisons existantes et 75 %
des nouvelles maisons seraient propices à l’installation de chauffe-eau solaires.
En considérant que la situation y est semblable, on peut faire une estimation du marché
potentiel des chauffe-eau solaires au Québec, sur une base annuelle et après une
période de développement de 10 ans.
L’étendu du marché potentiel pour les systèmes solaires peut être estimé en fonction du
nombre de nouvelles constructions, pour les nouvelles installations, et du nombre des
bâtiments existants, pour les installations de rénovation (« retrofit »).
Nombre de nouvelles maisons construites par année au Québec21
Milieu urbain
Milieu rural
Total
29 965
7 232
36 897
La maison type considérée dans l’étude de référence faite par l’Institut PEMBINA date de
1980. Elle a une surface habitable de 135 m2, un sous-sol aménagé et chauffé, et est
occupée par deux adultes et deux enfants.
Consommation moyenne d’énergie22
Appareils
ménagers
(kWh/an)
8 500
20
Électricité
Ventilation
Climatisation
Eau chaude
Besoins
Source
Besoins
(kWh/an)
(kWh/an)
(kWh/an)
(kWh/an)
560
4 665
4 711
Électricité
21 560
Chauffage
Source
Électricité
« Smart Generation : Power Ontario with Renewable Energy », Fondation David Susuki, 2004.
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
22
Ibid.
21
44
Pour les fins de comparaison avec les coûts des technologies solaires, on suppose que
cette maison est chauffée à l’électricité (comme c’est le cas de la vaste majorité des
maisons au Québec).
Électricité
Coûts de l’énergie23
Chauffage
Coûts (¢/kWh)
Source
Coûts (¢/kWh)
7,3
Électricité
7,3
Marché potentiel des chauffe-eau solaires au Québec24
Nouvelles maisons
Par année
Au bout de 10 ans
27 675
276 750
Maisons
existantes
(60 %)
Nombre
total
1 389 355
1 666 105
Économies annuelles
Énergie
(GWh
Énergie
substituée
5 606
Électricité
L’électricité consommée au Québec est en majeure partie d’origine hydraulique (93,6 %),
et donc renouvelable. Sa substitution ne devrait se faire que par une autre forme
d’énergie renouvelable comme l’énergie solaire. Abstraction faite des considérations
économiques, l’estimation du marché potentiel des chauffe-eau solaires montre qu’avec
une production annuelle de 5 606 GWh, ils représenteraient une puissance équivalente à
650 MW d’installation hydroélectriques.
Situation particulière aux Îles-de-la-Madeleine
La population des Îles-de-la-Madeleine est de 12 573 habitants (données de 2005). S’y ajoute
une population touristique annuelle de près de 40 000 personnes.
À partir d’une centrale thermique au diesel de 70 MW, la plus grande centrale thermique à
moteurs diesel du Québec, Hydro-Québec approvisionne en électricité l’ensemble de l’archipel,
à l’exception de l’Île-d’Entrée, qui dispose de sa propre centrale. Le diesel est acheminé par
bateau, pour approvisionner la centrale d’Hydro-Québec et les particuliers.
On peut estimer à plus de 50 ¢/kWh le coût de production de l’électricité, alors qu’HydroQuébec, par la loi qui la régit, doit y vendre l’électricité au même prix que partout ailleurs au
Québec (≈ 7 ¢/kWh). Son manque à gagner est de plus de 43 ¢/kWh, soit plus 40 millions de
dollars par année.
Sans avoir une évaluation précise de leur nombre, on peut considérer que plusieurs
Madelinots utilise l’électricité pour se chauffer. En supposant que les trois quart des ménages
le font, on peut développer un scénario où l’implantation de systèmes de chauffe-eau solaire
permettrait des économies appréciables (pour Hydro-Québec).
25
Nombre de
26
ménages
23
24
Énergie
annuelle
consommée
par ménage
Implantation de chauffe-eau solaires aux Îles-de-la-Madeleine
Énergie totale
Coût de
Prix de vente
Manque
Coûts
requise
production de de l’électricité
à gagner
d’énergie
(50 % des
l’électricité
(Hydrod’un chauffeménages)
Québec)
eau solaire
Économies
(50 % des
ménages/
chauffe-eau
solaires)
Ibid.
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
25
Adaptation de scénarios présentés dans « Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in
the Residential/Farm Sector », PEMBINA Institut, 2007.
45
5 327
(kWh)
(kWh/an)
(¢/kWh)
(¢/kWh)
(M$/an)
(¢/kWh)
(M$/an)
15 000
39 952 000
50
7,3
17,2
15,4
13,8
Ce scénario est techniquement et économiquement réalisable, compte tenu de l’état de la
technologie et des coûts relativement peu élevés des capteurs solaires thermiques. Une part
des économies envisagées pour Hydro-Québec pourraient utilisée pour aider les
consommateurs à défrayer les coûts d’installation et d’exploitation des chauffe-eau solaires.
Pour les madelinots qui utilisent l’huile à chauffage, l’intérêt des chauffe-eaux solaires pour le
chauffage de l’eau domestique et le chauffage des espaces habitables est manifeste.
Un scénario complémentaire pourrait être élaboré pour l’implantation de systèmes
photovoltaïques, mais la rentabilité en serait faible en raison des coûts élevés des capteurs
photovoltaïques et du bas prix de l’électricité livré par Hydro-Québec.
Un partenariat entre l’agence de l’efficacité énergétique, Hydro-Québec et Ressources
naturelles Canada pourrait être développé en vue de la mise sur pied d’un programme d’aide à
l’implantation de systèmes solaires aux Îles-de-la-Madeleine et dans d’autres communautés
isolées du Québec.
Afin d’évaluer le potentiel de ce type de développement, il y aura lieu d’examiner plus en
détails la situation des communautés isolées au Québec, de même que leurs besoins
énergétiques.
Le chauffage de l’eau domestique représente en moyenne entre 20 et 25 % de la facture
énergétique des Québécois27. Dans les maisons Novoclimat, bien isolées, cette
proportion est relativement plus élevée et peut atteindre près de 50 %. Après le
chauffage de l’air (qui compte pour près de 50 %), c’est la dépense en énergie la plus
importante dans une habitation traditionnelle.
En agriculture et horticulture, les technologies d’énergie solaire sont aussi largement
exploitées, dans la culture en serre. Les enveloppes des serres ne constituent
généralement pas une bonne isolation et les besoins en chaleur sont importants. Des
technologies permettent une exploitation optimale de l’énergie solaire dans les serres et
une réduction de la demande en énergie. Sans sacrifier aucunement l’ensoleillement
nécessaire à la croissance des plantes, ces technologies font appel à des matériaux
transparents isolants et des configurations incorporant des systèmes de distribution et de
stockage (masses thermiques) de la chaleur.
La culture en serre
Un système d’isolation et d’ombrage de serre, développé par la compagnie québécoise Sunarc
(breveté), permet de réduire les dépenses énergétiques en isolant les serres sur demande. Ce
système fait appel à l’injection d’un fluide (mousse liquide) entre les parois de polyéthylène
(double) d’une serre.
26
27
Estimation basée sur le nombre moyen de personnes par ménage au Québec (2,36 en 2006).
« L’énergie solaire thermique au Québec », Ministère des ressources naturelles, Gouvernement du Québec, 1997.
46
(Source : Sunarc)
Le système d’injection de mousse peut créer des nuages de façon instantanée, à demande, ce
qui permet de réduire le stress sur les cultures et d’augmenter les rendements. (Des essais faits
à l’Université Laval, pour des cultures de tomates, ont montré que ce système permet des
économies d’énergie supérieures à 50 %.)
Les coûts énergétiques constituent une part importante (20 à 30 %) des coûts de
production des serriculteurs québécois28. Plusieurs technologies sont développées au
Québec et ailleurs pour améliorer les rendements et réduire les coûts.
•
•
•
Matériaux de recouvrement : le verre et le polyéthylène (simple ou double) sont les
matériaux les plus utilisés. Les efforts de recherche portent principalement sur la
transparence, la qualité spectrale du rayonnement transmis et les propriétés isolantes
du polyéthylène double. (Les infrarouges retraversent le polyéthylène, même en double
couche, dans des proportions de 70 à 80 %29. Pour le verre, plus coûteux et plus lourd
cependant, cette proportion n’est que de 4 %.)
Écrans thermiques : En combinaison avec le verre simple, les écrans thermiques,
encore peu utilisés au Québec, sont constitués de trames tissées de bandes de
polyester et de bandes d’aluminium et permettent des économies d’énergie variant de
20 à 45 %30. Les écrans thermiques sont aussi utiles, pour créer de l’ombrage, lorsque
le rayonnement solaire peut être trop intense et causer des dommages aux plantes.
Mousse isolante rétractable : une mousse liquide peut être injectée et distribuée entre
les couches de polyéthylène (double) en début de nuit et récupérée au matin. Par
grandes périodes de soleil, l’injection de mousse peut aussi servir à créer de
l’ombrage.
D’autres systèmes d’énergie solaires peuvent également trouver des applications dans la
gestion de l’énergie dans le domaine de l’agriculture, notamment les murs solaires.
Chauffage solaire de l’air des bâtiments de ferme
La compagnie québécoise Solag fabrique et installe des systèmes de chauffage solaire et de
28
« Chauffer à moindre coût », Damien Hallieux (Université Laval), Colloque sur la serriculture, Centre de référence
en agriculture et agroalimentaire du Québec, Montréal, septembre 2005.
29
« Les 10 investissements les plus rentables en production en serre », Gilbert Bilodeau, Institut québécois du
développement de l’horticulture.
30
Ibid.
47
ventilation pour les bâtiments de ferme.
(Source : Solag)
Le système Solagra comporte un collecteur (mur perforé) solaire, un système de contrôle et des
ventilateurs. Il permet de maintenir un bâtiment de ferme à une température de 15 à 25 oC plus
élevée que la température extérieure.
Dans le domaine municipal, l’énergie solaire peut aussi être utilisée, pour disposer plus
facilement et plus économiquement de la neige accumulée lors du déneigement des rues
et places publiques.
Fondeuse à neige solaire
La ville de Cap-Rouge, près de Québec, a installé une fondeuse à neige qui utilise des capteurs
solaires pour chauffer de l'eau (30 oC) puisée en été dans le fleuve Saint-Laurent et
emmagasiner de la chaleur dans un bassin souterrain naturel. L’eau chaude est extraite en
hiver pour faire fondre la neige que les camions déversent dans une fondeuse à neige.
48
(Source : Arrondissement Laurentien - Point de service, secteur de Cap-Rouge)
L’eau puisée dans le fleuve Saint-Laurent a une température variant de 8 à 22 oC. Elle circule
dans une conduite d’eau en direction du système de chloration.
(2) L’eau est filtrée et chlorée. La présence du chlore empêche la formation de bactéries
indésirables lorsque l’eau est sous terre.
(3) Une fois chlorée, l’eau est chauffée grâce aux capteurs solaires situés sur le toit de l’atelier
municipal. La température s’élève jusqu’à 30 oC. Retour à l'image
(4) L’eau chaude est injectée dans la nappe aquifère.
(5) La nappe aquifère se situe dans le sol, à 10 mètres de profondeur. La conservation de la
chaleur de l'eau est permise par l’isolation thermique que procure le sol.
(6) Un puits d’observation permet de mesurer la température de l’eau, qui demeure normalement
o
aux alentours de 18 à 25 C alors que l’eau souterraine se maintient naturellement à moins de
10oC sous nos latitudes.
(7) La neige apportée par les camions est broyée par une vis sans fin avant d’être envoyée dans
le réservoir de fonte.
(8) L’eau chaude est pompée de la nappe aquifère et envoyée dans le réservoir de fonte avec les
neiges usées. Ce réservoir de 18 mètres de diamètre prend deux heures et demie à remplir et
permet de faire fondre environ 170 mètres cubes de neige (huit camions) à la fois, à raison de
1000 mètres cubes par jour.
(9) Une valve s’ouvre et déverse le mélange dans un bassin de décantation.
(10) Après quatre heures, l’eau décantée sort par un trop-plein et aboutit dans la rivière du Cap
Rouge. L’eau évacuée à la fin du processus répond aux normes environnementales sur la
qualité de l’eau.
(1)
Cette installation permet de disposer de plus de 60 000 mètres cubes de neige usée par année, soit
l'équivalent de 3 000 camions de neige. L'eau récupérée est traitée et dépolluée avant d'être retournée
au fleuve.
2.1.3 Systèmes électriques
Le domaine de l'énergie photovoltaïque est en plein essor. Ainsi, selon la compagnie BP −
la compagnie pétrolière anglaise qui a changé son nom de British Petroleum pour Beyond
Petroleum (au-delà du pétrole) −, le recours aux systèmes photovoltaïques a connu une
hausse de 40 % en 2004, avec plus de 1 000 MW installés dans le monde31.
En 2003, un système solaire résidentiel complet, comprenant toutes les composantes
requises pour être pleinement opérationnel hors du réseau électrique, coûtait entre 12 et
16 00039 $/kW (puissance crête) installé. La tendance au niveau des coûts est cependant à
la baisse, ils sont passés de 27 $ (US)/W (puissance crête) en 1982 à 4 $ (US)/W
(puissance crête) aujourd’hui.
Il existe deux principaux marchés pour le PV. Le premier est le marché hors réseau, pour
les stations de télécommunication en site isolé ou dans des communautés éloignées, les
systèmes de navigation et de signalisation en mer, la signalisation routière et même les
parcomètres. Le second marché est celui des systèmes intégrés aux bâtiments (toiture,
façade, atrium) reliés au réseau (sans besoin de stockage).
Le potentiel de mise en œuvre des systèmes photovoltaïques dans le secteur résidentiel
au Canada est estimé à 73 000 MW32. Au cours des dix dernières années, la croissance
moyenne de l’énergie photovoltaïque au Canada a été de 25 % par année et la puissance
installée totalise actuellement 20,5 MW, se répartissant comme suit : 33 % (6,8 MW) pour
31
ENJEUX - ÉNERGIE, Vol. 5, No 1, 26 janvier 2006.
« Perspectives d’avenir pour l’énergie photovoltaϊque au Canada », Yves Poissant (CANMET), Revue Choc,
Octobre 2006.
32
49
des installations domestiques hors réseau; 60 % (12,3 MW) pour des installations non
domestiques hors réseau; et 7 % (1,5 MW) pour des installations raccordées au réseau33.
En ce qui concerne les coûts, le prix moyen des systèmes PV est passé de 10,70 $ le watt,
en 2000, à 4,31 $ le watt, en 2005. Et les coûts de production de l’électricité PV se situent
entre 40 et 60 ¢/kWh, soit de 5 à 8 fois plus que le prix actuel de l’électricité au Québec
(7,3 ¢/kWh). On estime cependant que les coûts du PV baissent d’environ 5 % par année
et que cette technologie deviendra rentable entre 2020 et 2030 au Canada34.
La production industrielle mondiale est en croissance quasi-exponentielle (287 MWc en
2000 alors qu'elle était autour des 50 MWc en 1990) et les prévisions à l'horizon 2010
prévoient une multiplication par 20 de cette production. Mais, malgré ces progrès,
l'électricité photovoltaïque n'a pas encore franchi le seuil lui permettant d'être compétitive
par rapport aux autres sources de production d'électricité.
Évolution du marché et des coûts de l’énergie photovoltaïque
Le marché des systèmes photovoltaïques a beaucoup évolué au cours des dernières années, avec des
progressions marquées en Europe (Allemagne), au Japon et aux États-Unis.
Situation du marché mondial du photovoltaïque fin 2000 avec évolution du coût (en euro).
(Source : Eurec Agency, BE 1999)
Répartition de la production mondiale en 1998 en fonction des trois filières à base de silicium.
ème
Conférence PVSEC, Sapporo 1999)
(Source : 11
33
Données de 2006, tirées de « Énergie solaire : Impacts et opportunités pour Hydro-Québec », Colloque HQ sur
les énergies renouvelables, Martin Simoneau, IREQ, 2 octobre 2007.
34
Ibid.
50
Le marché mondial des systèmes photovoltaïques se chiffre aujourd'hui à environ 10 milliards
de dollars (CDN) et progresse de près de 40 % par an en volume35.
Ce marché est essentiellement concentré dans trois pays : Allemagne, Japon et États-Unis où
retrouve 90 % de la puissance photovoltaïque totale installée dans le monde.
La capacité mondiale photovoltaïque installée s'accroît de 20 à 30 % sur une base
annuelle, depuis le milieu des années 90. Les systèmes PV fournissent maintenant
l'équivalent de l'électricité consommée par plus d'un million de personnes. La majeure
partie de cette croissance a été alimentée par la volonté des gouvernements européens, et
particulièrement allemand, de faire du photovoltaïque une source d'énergie
importante. Les coûts des modules et des systèmes continuent de diminuer tandis
que l'efficacité et la variété des produits disponibles s'accroissent. Les systèmes
photovoltaïques de grande capacité intégrés aux bâtiments offrent de plus en plus
de possibilités et leurs perspectives de rentabilité s’améliorent du fait qu’on utilise
les modules non seulement pour produire de l'électricité, mais aussi pour compléter
les revêtements des murs ou des toitures.
Des efforts en recherche et développement sont faits pour réduire encore davantage les
coûts des matériaux, des procédés de fabrication et des équipements périphériques. Les
recherches sur le développement de nouveaux procédés de croissance de silicium
multicristallin, la réduction des épaisseurs et l'amélioration des dispositifs, de même que
sur l'émergence des cellules en couches minces de silicium ou d'autres composés semiconducteurs doivent être supportées et stimulées. Il faudra aussi développer des
procédés de fabrication des cellules moins énergivores et de moindre impact sur
l'environnement. Des efforts devront aussi être faits afin d’améliorer l’efficacité de
conversion du rayonnement en électricité; on estime qu’il devrait être possible d’obtenir
des taux de conversion allant jusqu’à environ 40 %.
Recherche sur une technologie PV moins coûteuse
Le développement des technologies des cellules à colorants (de type Graetzel) permet
d’envisager des coûts d’électricité photovoltaïque beaucoup moins élevés que ceux des
meilleurs systèmes actuels. Leur rendement est relativement peu élevé (de l’ordre de 5 %),
mais elles laissent entrevoir des coûts de moins de 7 ¢/kWh (en production à grand volume).
35
« Les perspectives de développement du photovoltaïque dans le monde », Eurostaf, 2007.
51
(Source : IREQ)
Ce type de cellule fait l’objet de travaux de recherche avancés, notamment par un groupe de
chercheurs de l’Université du Québec à Montréal. Leurs travaux portent sur l’amélioration des
rendements (pour les porter au-dessus de 8 %) et les résultats préliminaires obtenus sont
prometteurs.
La production de cellules à base de silicium massif multicristallin (qui représente plus de
50 % des ventes) évolue vers des techniques de croissance de plus en plus rapides
(coulée continue) et l’utilisation de silicium de moins en moins purifié, les rebuts de la
micro-électronique commençant à être limités.
On trouve par ailleurs de plus en plus souvent dans le commerce de petits systèmes PV
(allant de 5 à 100 Wc) pour équipements d’appoint (ventilation des habitacles d’auto,
chargeur de piles) ou de loisir (véhicules récréatifs, bateaux à voile). Ils servent à faire
fonctionner des équipements de faible consommation (ventilation, éclairage, ordinateur,
télévision). Les systèmes PV pour chargeurs de batteries (4-5 Wc) de petits appareils
(montre, calculatrice, téléphone portable, ordinateur de poche) sont relativement coûteux
(150 à 200 $). Un système plus puissant (75 Wc), pour alimenter l’éclairage et le
téléviseur d’un véhicule récréatif coûtera environ 2 000 $.
Malgré la croissance rapide des marchés, le développement de la production d'électricité
photovoltaïque se butte à des difficultés importantes, tant en matière de coûts
d’investissement, que de coûts d’exploitation36.
• Les coûts d'investissement unitaires (par kW installé) sont élevés. On estime qu’ils sont
7 à 10 fois plus élevés que pour une centrale à gaz à cycle combiné et 4 à 6 fois plus
élevés que pour l'éolien.
• Les coûts de d’exploitation sont en moyenne dix fois plus élevés que ceux des autres
moyens de production.
Une analyse RETScreen37 montre que, pour une installation de cette puissance,
considérant des coûts d’installation de 9 500 $/kW (6 000 $/kW pour les panneaux,
3 500 $/kW pour les interconnexions), les coûts de production de l’électricité
photovoltaïque se chiffrent à 55¢ /kWh.
36
Ibid.
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
37
52
Coûts des systèmes PV au Québec38
Puissance
installée
(kWh)
Énergie
Produite
(kWh/an)
Prix (détail) de
l’électricité
(¢/kWh)
Économies
(ou revenus)
($/an)
Coûts de
l’électricité PV
(¢/kWh)
3
3 670
7,3
268
55
Les développements technologiques, la production en plus grande série et l’ouverture des
marchés (Japon, Allemagne, États-Unis) ont entraîné une baisse significative des coûts
des systèmes PV au cours des dernières années, à un taux d’environ 5 % par année.
Cependant, ils restent encore élevés et des aides publiques resteront encore longtemps
nécessaires pour ouvrir les marchés au Canada, où les prix de l’électricité d’origine
traditionnelle sont beaucoup moins élevés.
Au Québec, l’option de mesurage net offerte par Hydro-Québec39 favorise le
développement de l’autoproduction d’électricité photovoltaïque. Cette option permet aux
auto-producteurs d’éviter d’avoir à installer des systèmes coûteux de batteries; le réseau
agit en tant que « réservoir de stockage ». L’option offerte par Hydro-Québec permet
l’accumulation de crédits de production d’électricité et vise trois types de clientèles : les
clients résidentiels, les clients d’affaires de petite puissance (< 50 kW) et les clients
agricoles.
Projets d’autoproduction d’électricité photovoltaïque au Québec
La maison Habitat 07 et une maison du Groupe Boies 2000, récemment construites, constituent
deux exemples des projets d’autoproduction d’électricité qui tirent profit de l’option de mesurage
net offerte par Hydro-Québec.
La maison Habitat 07, située à Baie-Saint-Paul, est équipée de capteurs solaires
photovoltaïques, qui peuvent produire jusqu’à 1 500 kWh d’électricité par année.
(Source : Télé-Québec)
Une autre maison de ce type, construite à Otterburn Park, par le Groupe Boies 2000, peut
fournir de 25 à 75 % des besoins en énergie des résidents. Sa puissance PV installée est de
2,7 kW.
38
39
Ibid.
Voir le site Internet d’Hydro-Québec : www.hydroquebec.com/autoproduction/fr/index.html.
53
(Source : Hydro-Québec)
Ces maisons sont reliées au réseau et l’électricité produite par leurs capteurs photovoltaïques
et celle qui est fournie par le réseau sont mesurées conformément à l’option tarifaire d’HydroQuébec.
Pour ce qui est de l’ampleur des marchés, comme pour les chauffe-eau solaires, une
étude de la Fondation Susuki40 a montré que 47 % des maisons en Ontario ont une toiture
où il y aurait suffisamment de place pour installer des capteurs PV (3kW). Cette estimation
est inférieure à celle des chauffe-eau solaires parce que la surface requise pour les
systèmes PV est plus grande (environ 20 m2 pour le PV par rapport à 6 m2 pour les
chauffe-eau).
En considérant que la situation au Québec est semblable à celle de l’Ontario, comme pour
les chauffe-eau solaires, on peut faire une estimation du marché potentiel des systèmes
photovoltaïques au Québec, sur une base annuelle et après une période de
développement de 10 ans.
Marché potentiel des systèmes PV au Québec41
Nombre de maisons
Existantes
Nouvelles
(sur 10 ans)
2 341 000
368 970
Nombre de
systèmes PV
(3kW)
(47 %)
Puissance
installée
(MW)
Électricité
produite
(GWh)
1 273 686
3 820
4 679
2.2 Intégration des systèmes thermiques et électriques
L’intégration des technologies thermiques et électriques, couplées à d’autres technologies
d’énergie renouvelable, dont la géothermie, permet aujourd’hui de construire des
bâtiments dits « Zéro énergie nette » (ZEN), qui peuvent produire autant ou même plus
d’énergie qu’ils n’en consomment.
La Société canadienne d’hypothèque et de logement (SCHL) mène un projet, initialement
connu sous le nom d’ « Initiative de la Maison saine à consommation énergétique nette
zéro » (Net Zero Energy Healthy Housing Initiative). Ce projet, aujourd’hui redésigné
« Maison EQuilibrium », se caractérise par une conception solaire passive et énergétique à
haute performante, qui intègre des installations d’énergie renouvelable pour la production
d'eau chaude et d'électricité (ainsi que des installations de chauffage géothermique).
Le concours EQuilibrium
40
« Smart Generation : Power Ontario with Renewable Energy », Fondation David Susuki, 2004.
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
41
54
EQuilibrium est une initiative de la Société canadienne d’hypothèques et de logement (SCHL)
réunissant les secteurs public et privé dans le but de créer des maisons qui produisent autant
d’énergie qu’elles en consomment.
Axées sur les principes fondamentaux liés à la santé et au confort des occupants, l’efficacité
énergétique, la production d’énergie renouvelable, la conservation des ressources, la réduction
des impacts sur l’environnement et l’accessibilité, les habitations EQuilibrium visent à offrir aux
acheteurs potentiels les avantages suivants :
- Des factures d’énergie réduites en toute saison;
- Des maisons plus saines et plus confortables;
- Une source d’électricité fiable et renouvelable;
- Un impact environnemental réduit;
- Des collectivités durables pour des générations à venir.
La SCHL a invité les constructeurs et les promoteurs à soumettre des propositions. Au total, 72
équipes ont soumis des propositions et, après sélection, 12 projets ont été retenus pour la
construction de maisons de démonstration EQuilibrium, dont trois au Québec :
− Le projet « Abondance Montréal », dans l’arrondissement de Verdun;
− Le projet des « Maisons Alouette », à Eastman;
− Le projet « Sevag Pogharian Design », à Hudson.
La SCHL leur accordera des aides techniques et financières ainsi qu’un soutien au marketing.
La conception des maisons EQulibrium fait d’abord appel à une isolation plus élevée que
ne l’exigent les meilleures normes actuelles. Par exemple, dans le cas de la maison
EQuilibrium que les Maisons Alouette construit, à Eastman, le facteur isolant (R) est de
37,5 pour les murs (par rapport à la norme de 24,5 pour Novoclimat), 54,2 pour l’entre-toit
(par rapport à 41), 22 pour les murs de fondation (par rapport à 17) et 7 sous la dalle de
béton (par rapport à 5). Les fenêtres sont à triple vitrages, avec interstice rempli d’un gaz
inerte (argon).
Raccordées au réseau public d'électricité, de telles maisons n’y ont recours qu'au besoin
et réalimentent le réseau avec l'électricité qu’elles génèrent en surplus. Le réseau agit en
tant que « batterie » de stockage de l’électricité excédentaire.
Le projet Abondance Montréal
L’édifice EQuilibrium de trois logements (4½) construit par EcoCité, inspiré du triplex
montréalais classique, constitue le premier développement résidentiel à consommation
énergétique « Zéro énergie nette » en Amérique du Nord. Il fait appel à des technologies
d’énergie solaire (thermique et photovoltaïques) et de géothermie et constitue le seul édifice
résidentiel de Montréal pouvant produire autant d'énergie qu'il en consomme.
55
(Source : EcoCité)
Situé dans l’arrondissement Verdun, au sud du centre-ville de Montréal, le triplex Abondance
sera vendu aux enchères. Le prix de départ des deux logements mis en vente a été fixé à
297 000 $. Un crédit hypothécaire spécial, avec amortissement à plus long terme et des frais
réduits, est offert par Desjardins. L’autre logement, au rez-de-chaussée, fera l’objet d’un
monitoring et servira à la démonstration.
Le projet de Sevag Pogharian Design
La maison EQuilibrium conçue par Sevag Pogharian Design est équipée d'un toit solaire dont
les capteurs photovoltaïques devraient répondre aux besoins en électricité des occupants.
Entre les panneaux photovoltaïques et le toit, un espace vide permettra d’accumuler de la
chaleur, même en hiver, et de la redistribuer dans la maison. Un système de ventilateur conçu à
cet effet soufflera l’air chaud vers un réservoir de stockage d’énergie (4 000 litres d'eau). Un
ordinateur central prendra en compte les prévisions météo à 24 heures d’avis. En cas de fortes
baisses des températures, la maison accumulera automatiquement de la chaleur dans le
réservoir d'eau. Le lendemain, elle la libérera pour maintenir une température ambiante
confortable.
(Source : MONTOIT)
Cette maison sera située dans la ville d’Hudson, à la pointe ouest de l’île de Montréal. Sa
construction devrait être complétée au cours de l’automne (2007). Elle sera ensuite ouverte au
public et fera l’objet d’une période de monitoring, avant sa mise en vente à un prix estimé entre
400 000 $ et 500 000 $. (Les surcoûts liés aux équipements solaires sont estimés à 20 000 $.)
56
Le projet de Maisons Alouette
La maison EQuilibrium construite par la firme Maisons Alouette met l’accent sur l’utilisation de
sections modulaires préfabriquées afin de réduire l’impact environnemental des travaux (sur un
chantier rural) et d’optimiser l’efficacité de la construction. Une attention particulière sera
apportée à l’étanchéité du bâtiment, afin d’éviter les fuites d’air et les pertes d’énergie. Un
système de ventilation à récupération de chaleur desservant toute la maison garantira la qualité
de l’air intérieur, en dépit de la grande étanchéité de l’enveloppe du bâtiment.
(Source : RRBS, Université Concordia)
Cette maison est de conception solaire passive et comporte des panneaux photovoltaïques.
Raccordée au réseau public d’électricité par l’entremise d’un système de mesure de la
consommation nette, son propriétaire pourra éventuellement « vendre » tout excédent d’énergie
à Hydro-Québec.
Dans les projets des maisons EQuilibrium d’Hudson et d’Eastman, les capteurs
photovoltaïques sont couplés au captage de chaleur, dans un espace situé juste au
dessous. Ce couplage améliore la rentabilité du système, qui contribue à la fois à
l’approvisionnement en électricité et en chaleur.
Des projets ont aussi été entrepris dans le milieu universitaire pour pousser plus avant la
conception de maisons à très faible consommation d’énergie. Des projets
particulièrement intéressants ont été menés par des étudiants de l’Université Concordia,
de l’Université de Montréal, de l’Université McGill et de l’École de technologie supérieure
dont des projets réalisés dans le cadre du concours « Solar Decathlon ». Ce concours,
organisé par le département américain de l’énergie (DOE), vise à mettre à profit les
idées de jeunes des États-Unis, du Canada et d'Europe pour arriver à construire des
maisons moins énergivores et plus écologiques.
Maison solaire Northern Light de l’Université Concordia
Dans le cadre du concours Solar Decathlon 2005, une équipe d’étudiants de l’Université Concordia, en
collaboration avec des étudiants de l'Université de Montréal et la firme Maisons Alouette, ont conçu et
fabriqué une maison solaire passive baptisée Northern Lignt.
57
(Source : Université Concordia)
Ce projet s’est mérité deux prix : le prix «Most Energy Efficient Design » (première place) et le
prix « Progressive » pour ses composants photovoltaïques (prix BP Solar) .
Maison solaire modèle d’Équipe Montréal
Pour le concours Solar Decathlon 2007, des étudiants de trois universités montréalaises
(Université de Montréal, Université McGill et École de technologie supérieure) se sont associés.
« Équipe Montréal », le regroupement qu’ils ont formé, a reçu l'an dernier une subvention
(100 000 $ US) du département américain de l’énergie, pour préparer leur projet.
(Source : Équipe Montréal)
La maison solaire qu’ils ont conçue et fabriquée est équipée de panneaux photovoltaïques (40
panneaux d’une puissance totale de 8,2 kW) et thermiques (2). Elle produira autant d'énergie
que ses occupants en consommeront. Bien isolée et dotée de grandes fenêtres plein sud, la
maison devrait accumuler suffisamment de chaleur en hiver. L'été, pour éviter les surchauffes,
un système automatisé fermera les stores, au-delà d'une certaine température.
Cette petite maison (75 m2), pour laquelle les panneaux photovoltaïques représentent une part
importante des coûts (≈ 30 % du total), a une valeur commerciale estimée à 265 000 $ (sans le
terrain).
Pour ce qui est du marché potentiel des maisons « Zéro énergie nette », la SCHL prévoit
que 1 500 maisons de ce type seront construites au Canada, au cours des cinq prochaines
années.
2.3 Principaux intervenants
58
L’inventaire des entreprises, centres de recherche et organismes actifs en énergie solaire
au Québec montre qu’il y a une base solide de compétences et de ressources.
•
Une trentaine d’entreprises développent et commercialisent des produits et offrent des
services dans le domaine de l’énergie solaire.
•
Une douzaine de centres de recherche conçoivent et développent des technologies
d’énergie solaire.
•
Une dizaine d’organismes et d’associations fournissent des conseils, participent à des
projets et font la promotion de l’énergie solaire.
Entreprises
BOISÉ ALTERNATIVES
Entreprise qui commercialise des systèmes photovoltaïques
équipements d’énergie « alternative ».
(Voir : http://www.leboise.com/CompanyInfofr.html)
et
des
CENTENNIAL SOLAR
Entreprise qui commercialise des systèmes photovoltaïques.
(Voir : http://www.centennialsolar.com/)
DÉVELOPPEMENTS ECOCITÉ
Entreprise du domaine de la construction impliquée dans le développement de
bâtiments écologiques à haute efficacité énergétique.
(Voir : http://www.ecocite.com/fr/aboutecocite.html)
DISPAQ
Entreprise qui commercialise des
panneaux PV, réservoirs.
(Voir : http://www.dispaq.com/)
ENERCONCEPT
Entreprise qui commercialise et implante des systèmes énergétiques basés sur
l’énergie solaire et des équipements connexes (ventilateur, échangeur et
récupérateur de chaleur).
(Voir : http://www.enerconcept.com/fr/)
ÉNERGIE MATRIX INC.
Entreprise qui développe et commercialise des systèmes d'énergie
décentralisée et de préchauffage de l'air servant à la ventilation des bâtiments.
(Voir : http://www.matrixenergy.ca/)
ÉNERGIES SOLEX
Fabricant de chauffe-piscine solaires.
(Voir : http://www.solexenergy.com/)
ENER-TECH 2000
Entreprise qui commercialise des systèmes photovoltaïques et autres
systèmes d’énergie renouvelable.
(Voir : http://www.ener-tech2000.com/home/)
GENTEC
Entreprise spécialisée dans le domaine de l’automatisme et du contrôle en
milieu industriel, institutionnel et commercial et dans le domaine des réseaux
électriques.
(Voir : http://www.gentec.ca/)
GROUPE BOIES 2000
Entreprise de construction impliquée dans des projets de maisons solaires,
notamment dans le cadre du programme EQuilibrium.
(Voir : http://www.boies2000.com/toiture_solaire.htm)
GROUPE ENERSTAT
Entreprise technologique spécialisée dans le développement de systèmes
thermiques à haute efficacité : systèmes de contrôle climatique et
thermodynamique.
(Voir : http://www.groupeenerstat.com/)
équipements solaires : chauffe-eau,
59
HLT Énergie
Entreprise qui développe et commercialise des systèmes de chauffe eau
solaires.
(Voir : www.heliotech.ca ou http://www.hltenergies.com/)
HYDRO-QUÉBEC
Société publique intéressée par le développement des énergies renouvelables
et l’énergie solaire : production d’électricité photovoltaïque et chauffe-piscine
solaire.
(Voir : http://www.hydroquebec.com/autoproduction/fr/index.html
et http://www.hydroquebec.info/piste/reponses.html)
ICP SOLAR /
ICP GLOBAL TECHNOLOGIES
Entreprise qui développe et commercialise des panneaux solaires
(photovoltaïques) conçus pour de petits appareils électriques (chargeurs de
batteries pour l’auto).
(Voir :http://www.icpsolar.com/ ou http://www.icpglobal.com/)
INNERGY TECH
Entreprise qui développe des systèmes de ventilation et de récupération de
chaleur à haute efficacité énergétique (échangeurs à plaques, échangeurs à
tubes, roues thermiques).
(Voir : http://www.innergytech.com/)
MAISONS ALOUETTE
Entreprise de construction impliquée dans des projets de maisons solaires,
notamment dans le cadre du programme EQuilibrium.
(Voir :http://www.maisonalouette.com/french/maison-ecologique.htm)
MAISONS LAPRISE
Fabricant de maisons en panneaux pré-usinésfabrication.
(Voir : http://maisonlaprise.com/qui_est_laprise_geo.php3)
MICHEL DALLAIRE ET
ASSOCIÉS
Firme d’architectes spécialisée dans l’énergie solaire.
(Voir : www.mda-architectes.com)
MICRO-ÉNERGIES
Entreprise qui commercialise des systèmes photovoltaïques
équipements d’énergie « alternative ».
(Voir : http://www.micro-energies.qc.ca/2_accueil_1.html)
MUROX/
FILIALE DU GROUPE CANAM
Entreprise qui fabrique et commercialise des systèmes d’enveloppes de
bâtiments à haute performance destinés aux marchés de la construction
commerciale, industrielle et institutionnelle et qui s’implique dans des projets de
maisons solaires.
(Voir : http://www.murox.ws/www/v4/murox.nsf/)
PAGEAU, MOREL ET
ASSOCIÉS
Firme conseil spécialisée dans la conception de bâtiments à haute efficacité
énergétique.
(Voir : http://www.pageaumorel.com/fr/profil/profil.asp)
PRODUITS SUNFORCE
Entreprise qui commercialise des systèmes photovoltaïques (12 Volts)
comprenant des panneaux solaires, projecteurs, et équipements d’éclairage pour
pelouse et jardins.
(Voir : http://www.sunforceproducts.com/french/company.asp)
SEVAG POGHARIAN DESIGN
Firme d’architecture impliquée dans des projets de maisons solaires,
notamment dans le cadre du programme EQuilibrium.
(Voir : http://www.spd.ca/spd/ )
SOLAG
Entreprise qui fabrique et installe des systèmes de murs solaires pour le
chauffage et la ventilation de bâtiments agricoles.
(Voir : http://www.solag.net/accueil.html)
SOLENER
Firme de consultants en efficacité énergétique et en énergies renouvelables,
spécialisée en énergie photovoltaïque.
(Voir : http://www.clic.net/~solener/)
SUNARC
Entreprise qui développe et commercialise des systèmes d’isolation et d’ombrage
pour les serres.
(Voir : http://www.sunarc.ca/francais/accueil.html)
et
des
60
TECHNO-SOLIS
Fabricant de chauffe-piscines solaires.
(Voir : http://www.techno-solis.com/can/)
THERMTECH
Firme conseil spécialisée dans le domaine de l’architecture des maisons solaires.
(Site Internet inexistant)
TN CONSEIL
Firme conseil spécialisée dans le domaine de l'énergie solaire et de son
monitoring.
(Site Internet inexistant)
VENMAR VENTILATION
Manufacturier de systèmes de ventilation spécialisé dans le développement et
la commercialisation d’équipements d’échangeur d’air et de maintien de la
qualité de l'air intérieur.
(Voir : http://www.venmar-ventilation.com/)
Centres de recherche
CENTRE SPÉCIALISÉ DE
TECHNOLOGIE PHYSIQUE
DU QUÉBEC
Centre de recherche collégial qui regroupe des spécialistes de technologies de
pointe (recherche appliquée, aide technique, information, animation et
formation) qui a pour mission d’aider les entreprises manufacturières à
comprendre les nouvelles technologies et à les adapter à leurs besoins.
(Voir : http://www.cstpq.com/cstpq-f.htm)
CENTRE DE LA
TECHNOLOGIE DE
L’ÉNERGIE DE CANMET –
VARENNES
Centre de recherche fédéral actif dans plusieurs domaines liés à l’efficacité
énergétique et aux énergies renouvelables.
(Voir : http://cetc-varennes.nrcan.gc.ca/)
ÉCOLE POLYTECHNIQUE
Établissement universitaire impliqué dans le développement des technologies
d’énergie solaire (participation au projet « Abondance Montréal »).
(Voir : http://www.polymtl.ca/meca)
ÉCOLE DE TECHNOLOGIE
SUPÉRIEURE (ETS)
Établissement universitaire impliqué dans le développement des technologies
d’énergie solaire (participation au concours « Solar Decathlon »).
(Voir : http://eclipse.etsmtl.ca/fr/aproposclub.htm
et http://www.solarmontreal.ca/news.aspx#4)
INSTITUT DE RECHERCHE
BRACE
Centre de recherche rattaché à l’Université McGill spécialisé dans le
développement de systèmes d’énergie renouvelable.
(Voir : http://www.mcgill.ca/brace/)
INSTITUT DE TECHNOLOGIE
AGRICOLE (ITA) DE SAINTHYACINTHE
Institut de recherche dont des chercheurs s’intéressent à l’énergie solaire et
aux développements expérimentaux connexes en serriculture.
(Voir : http://www.ita.qc.ca/fr/accueil/accueil.htm)
INSTITUT NATIONAL DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
– ÉNERGIE ET MATÉRIAUX
Groupes de chercheurs impliqués dans le développement de nouveaux
matériaux énergétiques.
(Voir : http://www.inrs-ener.uquebec.ca/)
LABORATOIRE DES
TECHNOLOGIES DE
L’ÉNERGIE /
HYDRO-QUÉBEC
Centre de recherche spécialisé dans le développement de nouvelles
technologies énergétiques, dont la géothermie et l’énergie solaire.
(Voir : http://www.hydroquebec.com/technologie/ireq/shawinigan/tech.html)
RÉSEAU DE RECHERCHE
SUR LES BÂTIMENTS
SOLAIRES /
UNIVERSITÉ CONCORDIA
Réseau de recherche formé de chercheurs (24) oeuvrant dans les domaines
de l’énergie solaire et du bâtiment, provenant de dix universités canadiennes,
qui vise à développer de nouvelles technologies et méthodologies pour la
construction de bâtiments solaires résidentiels et commerciaux.
(Voir : http://www.solarbuildings.ca/main.php?l=f)
UNIVERSITÉ LAVAL
Établissement universitaire impliqué dans la conception de bâtiments
incorporant des nouvelles technologies nouvelles et du développement des
61
technologies solaires.
(Voir : http://www.grap.arc.ulaval.ca/NewFiles/francais/equipe/Bourgeois.html
et http://www.scom.ulaval.ca/Au.fil.des.evenements/2006/08.24/expo.html )
UNIVERSITÉ McGILL
Établissement universitaire impliqué dans le développement des technologies
d’énergie solaire (participation au concours « Solar Decathlon »).
(Voir : http://www.solarmontreal.ca/news.aspx#4)
UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
Établissement universitaire impliqué dans le développement des technologies
d’énergie solaire (participation au concours « Solar Decathlon »).
(Voir : http://www.solarmontreal.ca/news.aspx#4)
UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À
MONTRÉAL
Établissement universitaire dont des groupes de recherche sont impliqués dans
le développement des techniques des systèmes photovoltaïques
électrochimiques.
(Voir : http://www.sciences.uqam.ca/scexp/6sept05/vol5_no1_art_rech7.html)
Organismes et associations
APCHQ
FONDATION DE RECHERCHE
Association provinciale des constructeurs d'habitations du Québec (13 000
entreprises).
(Voir : http://www.apchq.com/prod/portail.nsf/Accueil+Service+Technique?Ope
nForm)
ASSOCIATION DES
INDUSTRIES SOLAIRES DU
CANADA
Association des entreprises et groupes de recherche oeuvrant dans le domaine
de l’énergie solaire au Canada.
(Voir : www.cansia.ca)
ASSOCIATION QUÉBÉCOISE
DE LA PRODUCTION
D’ÉNERGIE RENOUVELABLE
Association
représentant
les
producteurs
indépendants
d’énergie
renouvelable : énergie éolienne, petites centrales hydrauliques, énergie de la
biomasse, énergie solaire.
(Voir : http://www.aqper.com/)
ÉNERGIE SOLAIRE QUÉBEC
Association de promotion de l'utilisation de l’énergie solaire au Québec
regroupant des utilisateurs et des fournisseurs de biens et de services liés aux
énergies renouvelables et à l’énergie solaire en particulier.
(Voir : http://esq.qc.ca/)
ORDRE DES ARCHITECTES
DU QUÉBEC
Association professionnelle des architectes du Québec (re : André Bourassa).
(Voir : http://www.oaq.com/fr/accueil/index.jsp)
RÉGIE DU BÂTIMENT DU
QUÉBEC
Organisme de réglementation chargé par le gouvernement du Québec
d'assurer la qualité des travaux de construction.
(Voir : http://www.rbq.gouv.qc.ca/dirCorporatif/aPropos/index.asp)
VALEO
Organisme d’aide et d’assistance à la valorisation de nouvelles technologies et
impliqué (avec l’UQAM) dans le développement des systèmes photovoltaïques
électrochimiques.
(Voir : http://www.gestionvaleo.com/fr/valeo.html)
L’association Énergie solaire Québec (ESQ) publie un recueil intitulé « Répertoire
québécois des énergies renouvelables ». Ce recueil, disponible auprès d’ESQ (voir :
www.esq.qc.ca), donne la liste des principaux distributeurs et installateurs québécois de
produits et équipements solaires.
À l’échelle du pays, la « Canadian Solar
http://www.cansia.ca/) regroupe la plupart des
individus intéressés par le développement de
domaine plus particulier de l’énergie solaire
Energy Association » (CanSIA, voir :
entreprises, groupes de recherche et
l’énergie solaire au Canada. Dans le
passive, la « Net-Zero Energy Home
62
Coalition » (voir : http://www.netzeroenergyhome.ca/) regroupe les principales entreprises
canadiennes intéressées par le développement des bâtiments passifs et « Zéro énergie
nette».
2.4 Conclusions
L’examen des technologies et des questions économiques que pose le développement de
l’énergie solaire montre les avantages des technologies passives et de certaines
technologies actives.
•
•
Les technologies d’énergie solaire passive permettent d’améliorer l’efficacité
énergétique des bâtiments.
Les technologies d’énergie solaire active (thermique) permettent de réduite la
consommation d’énergie nécessaire au chauffage de l’air et de l’eau domestique, de
même que le chauffage des espaces habitables.
Une synthèse des données technico-économiques des diverses technologies solaires est
présentée dans les tableaux qui suivent. Les périodes de retour sur investissement (PRI)
s’échelonnent entre 3 et 25 ans (exception faite du PV) et les coûts énergétiques
équivalents varient entre 3 ¢/kWh et 55 ¢/kWh.
Habitations solaires passives
• Cibles :
-
Maisons unifamiliales (neuves et existantes)
Habitations multilogements (neuves et existantes)
Chalets
• Marché des fenêtres à haut rendement énergétique : 5 millions d’unités vendues par année au Canada (dont
40 % à faible émissivité)
• Surcoûts des fenêtres écoénergétiques : entre 5 et 10 %42
• Surcoûts Novoclimat : ≈ 4 000 $ pour une maison moyenne (≈ 140 m2)
• Surcoûts pour une maison solaire passive construite au Québec : ≈ 15 % (entre 20 et 25 000 $ pour une maison
•
•
•
•
moyenne)43
Niveau d’efficacité énergétique visé : ≈ 40 kWh/m2/ année
Les dispositifs passifs peuvent procurer des réductions de coûts de chauffage de près de 50 % par rapport à une
maison similaire construite selon les normes courantes
Économies d’énergie : ≈ 1 000 $/année
Période de retour sur investissement (PRI) : entre 5 et 8 pour les vitrages doubles et 17 ans pour les vitrages
triples.
0
5
10
15
20 ans
Période de retour sur
investissement (PRI)
0
25
Coûts équivalents (à évaluer)
42
43
Pour les vitrages doubles, la période de retour sur investissement est d’environ 8 ans.
Maison de 140 m2, construite au coût de base d’environ 1 100 $/m2.
50 ¢/kWh
63
Chauffage solaire de l’air
• Cibles :
-
•
•
•
•
•
Maisons unifamiliales (neuves et existantes)
Habitations multilogements (neuves et existantes)
Édifices commerciaux
Édifices industriels
Édifices gouvernementaux
Hôpitaux
Écoles
Édifices municipaux
Bâtiments de ferme
Marché potentiel de 10 000 bâtiments industriels au Québec (PME et grande entreprise)44
Puissance équivalente installée au Canada (2003) : 45,6 MW
Réduction de 25 % des coûts de préchauffage de l’air par rapport aux technologies traditionnelles
Coûts équivalents à ≈ 3 ¢/kWh
Période de retour sur investissement : entre 1,7 et 6 ans
0
5
10
15
20 ans
Période de retour sur
investissement (PRI)
0
Coûts équivalents
44
Selon Énerconcept.
25
50 ¢/kWh
64
Chauffage solaire de l’eau
• Cibles :
-
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Maisons unifamiliales (neuves et existantes)
Habitations multilogements (neuves et existantes)
Chalets
Piscines municipales
Petites entreprises : buanderies, laboratoires de photos, lave-auto
Petites industries (eau chaude de procédés)
Entreprises agroalimentaires
Hôpitaux (buanderies)
Hôtellerie
Exploitations piscicoles
Pourvoiries
Le chauffage de l’eau représente en moyenne 20 % de l’énergie consommée dans les maisons au Canada
Les chauffe-eau solaires peuvent couvrir jusqu’à 50 5 des besoins en eau chaude domestique
Puissance équivalente installée au Canada (2003) : 449,5 MW
Ampleur du marché des chauffe-piscines : 2 700 systèmes installés (en 2003) au Canada
Marché potentiel au Québec : 1 666 105 habitations45
Coûts moyens d’installation : ≈ 5 500 $
Économies annuelles moyennes : ≈ 246 $
Économies cumulatives : 3 500 $/20 ans (durée de vie des capteurs)
Coûts équivalents : entre 9 ¢/kWh46 et 15,4 ¢/kWh47
Période de retour sur investissement : ≈ 6 ans pour une maison moyenne (avec des aides fédérales et
provinciales); entre 5 et 7 ans en pisciculture; ≈ 10 ans pour des installations communautaires (centre sportif)48;
et ≈ 22 ans (sans aides publiques)
0
5
10
15
20 ans
Période de retour sur
investissement (PRI)
0
Coûts équivalents
45
Selon l’Institut PEMBINA.
Données fournies par HLT (1 capteur = 2,5 MWh/an).
47
Selon l’Institut PEMBINA.
48
Étude RETScreen.
46
25
50 ¢/kWh
65
Photovoltaïque (PV)
• Cibles :
-
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Maisons unifamiliales ZEN
Chalets
Pourvoiries
Ampleur du marché des chauffe piscines : 2 700 systèmes installés (en 2003) au Canada
Marché potentiel au Québec : 3 820 MW
Le PV connaît une croissance de 20 à 30 % par année
Avec 3 700 MW de puissance installée (2005), le PV approvisionne en électricité plus d’un million de personnes
dans le monde¸
Au Canada, la puissance installée (2004) en PV est de 13,9 MW
Coûts d’installation d’un système résidentiel moyen (3 kW) de capteurs PV : 28 800 $ (9 500 $ /kW)
Revenus escomptés (à 7,3 ¢/kWh) : 268 $/année
Coûts équivalents : ≈ 55 ¢/kWh
Les coûts du PV baissent à un taux d’environ 5 % par année (de 11 $ /W en 1999 à 7 $/W en 2002)49
Période de retour sur investissement : ≈ 50 à 100 ans (sans aides publiques)50
0
25
50
75
100 ans
Période de retour sur
investissement (PRI)
0
25
50 ¢/kWh
Coûts équivalents
Habitations Zéro énergie nette (ZEN)
• Cibles :
-
Maisons unifamiliales (neuves)
Habitations multilogements (neuves)
Chalets
• Niveau élevé d’efficacité énergétique : 15 kWh/m2/ année
• Surcoûts : ≈ 350 $/m2, soit ≈ 50 000 $ pour une maison de dimension moyenne (140 m2)
• Potentiel de 1 500 maisons ZEN d’ici 2001251 (SCHL)10 000 bâtiments industriels au Québec (PME et grande
entreprise)
• Période de retour sur investissement : entre 20 et 25 ans
0
5
10
15
20 ans
Période de retour sur
investissement (PRI)
0
25
50 ¢/kWh
Coûts équivalents (à évaluer)
Les technologies qui présentent le plus d’intérêt et qui devraient faire l’objet d’une
promotion au Québec sont les suivantes.
• Les technologies de construction solaires passives.
49
À ce rythme, il faudrait néanmoins une quarantaine d’années avant d’arriver à des coûts similaires à ceux de
l’hydroélectricité.
50
En Ontario, l’achat par les sociétés publiques d’énergie de l’électricité PV (42 ¢/kWh) procure, pour un
système moyen (3 kW), des revenus annuels de 1 540 $ et permet de ramener à 18,7 ans la période de retour sur
investissement.
51
Selon la SCHL.
66
• Les systèmes de chauffage solaire de l’air.
• Les chauffe-eau solaires.
La mise en place, par l’agence de l’efficacité énergétique, de programmes spécifiques de
développement et de promotion de ces technologies est proposée en fin de rapport
(chapitre 4).
Les technologies photovoltaïques et les technologies de construction « Zéro énergie
nette » présentent aussi de l’intérêt, mais leur mise en oeuvre ne pourra se faire qu’à long
terme et il n’a pas été jugé opportun, dans l’état actuel des technologies, de les inclure
dans les programmes proposés. Les technologies photovoltaïques exigeront des efforts
appréciables de recherche et de développement et pourront éventuellement faire l’objet
d’aides dans le cadre du Fonds d’aide à l’innovation et au développement technologique
que l’Agence doit mettre sur pied. Les technologies de construction « Zéro énergie nette »
sont constituées de l’intégration des technologies solaires passives et actives (thermiques
et photovoltaïques), couplées à d’autres technologies d’énergie renouvelable comme la
géothermie. Leur mise en œuvre dépend des avancées et des innovations qui pourront
être faites dans chacun des sous-domaines technologiques qui les constituent.
Lorsque les technologies photovoltaïques auront atteint un niveau de rentabilité permettant
aux consommateurs québécois de s’y intéresser davantage, il deviendra avantageux,
comme le proposent les chercheurs de l’Université Concordia, de transformer les maisons
« statiques » (consommatrices d’énergie) en systèmes « dynamiques » de conversion et
de production d’énergie et de passer à l’étape des constructions « Zéro énergie nette ».
3. Balisage
3.1 Expériences acquises et programmes mis en place ailleurs
Le Japon, l’Allemagne et les États-Unis sont les pays les plus actifs et les plus avancés
dans le développement et l’exploitation de l’énergie solaire.
Des informations sur la situation de l’énergie solaire dans ces pays sont présentées ciaprès. Ces informations, principalement tirées des résultats d’une vaste enquête menée
par l’ADEME52, fournissent des balises pour l’élaboration des programmes et des mesures
d’aide à mettre en place au Québec.
Des informations sur la situation de l’énergie solaire au Canada et les interventions faites
par le gouvernement fédéral et les gouvernements des autres provinces sont aussi
présentées.
3.2 Situation au Japon
Le Japon a sans doute été le premier pays à se doter d’une véritable stratégie de
développement à long terme de l’énergie solaire, liée à des aides soutenues à l’innovation
et au développement technologique.
Dès le début des années 60, dans le but d'améliorer l'image des maisons préfabriquées
auprès de la population, le ministère japonais de la Construction et celui du Commerce
International et de l'Industrie ont créé une association de fournisseurs et fabricants de
52
« Comparaison internationale Bâtiment et Énergie », Rapport intermédiaire, PREBAT ADEME, Décembre 2006.
67
constructions préfabriquées (Japan Prefabricated Construction Suppliers and Manufacturer
Association).
Au milieu des années 70, il a lancé à l'échelle nationale des concours pour encourager les
constructeurs à améliorer la qualité de leurs maisons préfabriquées et montrer au public
que ces maisons n'étaient pas de moindre qualité.
Au début des années 90, le gouvernement japonais a ajouté un programme visant le
déploiement des systèmes photovoltaïques et un programme d'incitation à l’implnatation
de systèmes photovoltaïques, le « Residential Photovoltaic System Dissemination
Program », qui fait partie intégrante du vaste programme japonais de recherchedéveloppement « New Sunshine Project ». Dans le cadre de ce programme, les acheteurs
de systèmes solaires obtenaient un rabais pour une partie des installations. Même si ce
rabais a diminué avec les années, ce rabais a eu un effet de stimulation important sur le
marché solaire au Japon. En 2006, le rabais a été aboli, mais la demande pour les
systèmes solaires reste forte53. Le gouvernement japonais a aussi soutenu de façon
continue des programmes de recherche-développement en énergie solaire.
La stratégie japonaise est axée sur la réduction du coût de production en série des
modules photovoltaïques et sur la mise au point des techniques nécessaires à leur
déploiement à grande échelle. Un des pivots de cette stratégie est son programme de
promotion qui vise à réduire les coûts, à stimuler la demande de systèmes
photovoltaïques, à populariser les systèmes photovoltaïques résidentiels et à améliorer la
technologie et leur fabrication.
Le Japon s'est fixé un objectif ambitieux, soit de porter à 5000 MW la puissance installée
des systèmes photovoltaïques, dans le but de respecter ses engagements de Kyoto qui
prévoit que 3,1 % de l'offre d'énergie primaire sera sans émission de carbone en 2010.
D’après un sondage national mené en 2003 sur les subventions se chiffraient à
90 000 yens (900 $ CDN) par kilowatts installés. Au cours de la même année, les
fabricants japonais ont fourni plus de 60 % (soit 400 MW) de tous les systèmes
photovoltaïques fabriqués dans le monde, dont 55 % étaient destinés au marché japonais.
Le segment ciblé est le résidentiel, qui représente 85 % du marché et le nombre de
maisons dotées de systèmes PV est en hausse au Japon : entre 1994 et 2003, il a grimpé
d’une façon spectaculaire, passant de 539 à 52 86354.
Aide au développement de l’énergie photovoltaïque au Japon
L'engagement du Japon en innovation et développement technologique est lié à la priorité
politique de réduire la dépendance du pays face au pétrole importé. Le gouvernement
japonais a fait des efforts considérables pour convaincre les propriétaires d’investir les
sommes nécessaires (l’équivalent de quelques 20 000 $) pour installer chez eux des
systèmes de production d’électricité photovoltaïque.
Au début des années 90, le gouvernement japonais a mis en place un programme de
subventions qui offrait initialement des subventions allant jusqu’à 50 % des coûts. Ce
programme, dont les niveaux de subvention ont été progressivement réduits (pour se
terminer en 2006) a fourni les motivations nécessaires pour que les propriétaires utilisent
53
Source : « Testimony to the Finance Subcommittee on Energy », Charles Boortz, Advent Solar Inc., Avril 2007.
Source : « Habitations solaires photovoltaïques – Stratégie japonaise de commercialisation axée sur l’efficience »,
Masa Noguchi, LRDE/CANMET, Solar World Congress, Orlando, Août 2005.
54
68
l'électricité photovoltaïque.
Le soutien initial à la recherche fourni par le gouvernement japonais a été complété par une
campagne de promotion des installations photovoltaïques en milieu résidentiel. En
seulement quelques années, les systèmes photovoltaïques ont migré du laboratoire vers le
marché résidentiel.
Le développement de l’énergie solaire au Japon est à toutes fins pratiques concentré dans
le domaine de la production d’électricité photovoltaïque, au détriment des autres formes
d’énergie solaire et, paradoxalement, au détriment aussi de l’efficacité énergétique. Même
dans les régions du nord du Japon, où les hivers sont très froids, les bâtiments bien isolés
(dont les besoins en énergie de chauffage sont inférieurs à 120 kWh/m²) sont plus rares
que les maisons mal isolées dotées d'installations photovoltaïques. Les maisons « zéro
énergie nette » vendues au Japon présentent généralement des consommations
énergétiques relativement élevées (plus de 100 kWh/m²). En effet, il est d’usage courant
au Japon d’installer des fenêtres à simple vitrage et cadre en aluminium.
Deux lois encadrent la stratégie japonaise en matière d’énergies renouvelables et de
développement de l’énergie photovoltaïque. Déjà, en 1980, le gouvernement japonais a
adopté une loi concernant « la promotion du développement et de l’introduction des
énergies alternatives », visant les objectifs suivants :
- approvisionner le Japon en énergies de substitution des énergies fossiles;
- créer un organisme, le NEDO55, chargé de la mise en œuvre des énergies de
substitution (assurer 50% des besoins du secteur résidentiel par le photovoltaïque avant
2030);
- créer un organisme, la NEF56, chargé de la diffusion des énergies renouvelables
(notamment par l’attribution de subventions).
En 1996, le gouvernement japonais a ensuite adopté une loi complémentaire portant sur
« les mesures spéciales pour la promotion de l’utilisation des nouvelles énergies ». Cette
loi est basée sur deux grands principes.
(1) Les consommateurs et les fournisseurs d’énergie ont le devoir de collaborer avec le
gouvernement en vue de promouvoir les énergies renouvelables (engagement de
l’ensemble de la nation).
(2) Le gouvernement mettra en place des mesures d’aides (ex. prêts garantis) destinées
à apporter un soutien financier à ceux qui utilisent les énergies renouvelables dans
leurs activités ou leur profession.
Les constructeurs japonais de maisons individuelles ont bénéficié de plusieurs
programmes d'aides gouvernementales continues (sur une trentaine d’années) qui leur ont
permis de développer et de proposer sur le marché le concept de maison dite
« efficiente ».
Les maisons « Hybrid Z »
Le constructeur de maisons individuelles Misawa a développé (en 1998) le premier concept
de maison à haute qualité environnementale (« Hybrid Z »), avec toit photovoltaïque
55
56
Organisme généralement connu par son sigle anglais « New Energy Development Organization ».
Organisme généralement connu par son sigle anglais « New Energy Foundation ».
69
(11,3 kW de panneaux intégrés en toiture).
(Source : Misawa Homes Co. Ltd.)
La production d’électricité photovoltaïque de la maison Hybrid Z se chiffre en moyenne à
8 300 kWh/an, couvrant jusqu’à 93 % des besoins en électricité.
Étant relié au réseau, l'électricité produite par le système photovoltaïque en période de
surplus est automatiquement vendue aux compagnies d’électricité.
Un regroupement de près de 600 constructeurs japonais de maisons individuelles et
compagnies de construction, le JAHB’Net, a lancé en 2005 un nouveau concept de maison
de type « Énergie nette zéro ». Ce concept a fait l’objet de la publication d’une charte
décrivant une maison normalisée57, capable de réaliser des coûts de service nuls, en
combinant un système photovoltaïque de production de l'électricité avec tous les appareils
électriques. Appelée HYUGAzero, cette catégorie de maison, très bien isolée et totalement
électrifiée, est équipée à la base d'un système photovoltaïque (de 5,76 kW) et d’une
pompe à chaleur air/eau dite « économique ». Les revenus qu’elle génère surpassent les
coûts de l'électricité provenant du réseau et les économies correspondantes sont estimées
à 5,9 millions de yens, soit plus de 49 000 $ CDN, sur 30 ans.
Très actifs dans le développement de tels concepts, les constructeurs japonais sont
devenus des leaders dans la fabrication d'habitations usinées « innovatrices », souvent
équipées de systèmes photovoltaïques.
En matière de mise en marché, les fabricants japonais d'installations photovoltaïques, les
compagnies d'électricité et les grands groupes du secteur du bâtiment effectuent un
marketing intensif et font beaucoup de publicité à la télévision. Ils offrent, avec succès, la
maison 100% électrifiée, avec option photovoltaïque, qu’ils annoncent à peu près ainsi :
« …finis le gaz et l’huile à chauffage, nous offrons un système domestique avec
photovoltaïque, pompe à chaleur, cuisinière électrique, climatisation, aération
mécanique ». Par ailleurs, les banques japonaises (notamment Sumitomo et Sekisui)
offrent des prêts hypothécaires qui aident les consommateurs à acheter une maison dotée
d'un système photovoltaïque de grande puissance. Elles annoncent que « …plus grande
est la capacité du système photovoltaïque de produire de l'énergie, et plus faible est le
taux hypothécaire; celui-ci pouvant s'abaisser jusqu'à 2,8 % et ainsi se comparer
favorablement aux prêts bancaires à taux fixe à long terme ».
57
Au Japon, les exigences ou normes ne sont pas imposées. Leur application est confiée aux constructeurs et c’est
le maître d’oeuvre qui supervise les coûts de construction et les performances énergétiques..
70
Compte tenu que les tarifs d’électricité y sont élevés (l’équivalent d’environ 25 ¢/kWh), on
peut envisager que l’engouement pour les systèmes photovoltaïques ne diminuera pas.
En 2006, le Japon se classait deuxième au monde pour l’importance de son marché de
systèmes solaires avec 17 % du marché mondial et était le premier fabricant de capteurs
photovoltaïques avec 36 % de la production mondiale.
3.3 Situation en Allemagne
L’Allemagne est aussi très activement impliquée dans le développement de l’énergie
solaire. Elle l’est depuis moins longtemps que le Japon, mais son implication est plus
globale, allant du développement des maisons solaires passives jusqu’à l’intégration de
systèmes photovoltaïques à grande échelle.
La production d’électricité photovoltaïque est cependant, comme au Japon, un élément clé
du développement de l’industrie de l’énergie solaire en Allemagne. En effet, le refus de la
population allemande d’ajouter de nouvelles centrales nucléaires malgré le besoin
d’accroître les capacités de production d’électricité a conduit le gouvernement allemand à
adopter diverses mesures favorisant le développement de l’industrie photovoltaïque.
Dès le début des années 90, le gouvernement allemand a mis en place un programme
visant spécifiquement l’énergie photovoltaïque en milieu résidentiel, visant l’installation de
« 1 000 toits solaires ». Il y a ajouté, en 1999, un programme encore plus ambitieux, visant
« 100 000 toits solaires ». Grâce à ces programmes, l’Allemagne fait maintenant figure de
leader mondial dans le domaine, ayant même devancé le Japon dans ce domaine.
Après avoir mis à l’essai un programme de rabais, comme au Japon, les Allemands ont
plutôt opté pour un programme de tarification favorable aux auto-producteurs, par laquelle
les sociétés publiques d’électricité s’engagent à leur acheter leur électricité à un tarif plus
élevé que le tarif de base. Selon cette tarification, le propriétaire d’une maison équipée
d’installations photovoltaïques peut vendre ses surplus d’électricité pour environ 0,5 €/kWh
sur le réseau, les sociétés d’énergie ayant l’obligation d’en faire l’achat à ce prix. Par
comparaison, le prix de l’électricité vendue par les sociétés d’énergie en Allemagne est
trois fois moindre, à environ 0,15 €/kWh.
En 2005, le gouvernement allemand s'est aussi fixé l’objectif de rénover énergétiquement
chaque année 5 % du parc immobilier construit avant 1978.
Pour atteindre cet objectif, il a adopté trois trains de mesures.
(1) Application de réglementations fixant les prescriptions minimales en matière d'efficacité
énergétique.
(2) Consultation et financement par l'intermédiaire de campagnes d'information, de services
de conseil pour les consommateurs et de programmes de subvention.
(3) Intégration de l’efficacité énergétique au sein du programme fédéral de recherche dans
le domaine de l'énergie.
71
Dans le cadre de son initiative de recherche, le ministère allemand de l'économie et de la
technologie, le BMWi58 soutient la rénovation énergétique des bâtiments. À long terme,
l’Allemagne vise à développer les technologies utiles à la réduction de la consommation
énergétique dans les bâtiments existants.
Les efforts d’innovation visent à développer des bâtiments « zéro énergie nette » et même
des bâtiments à énergie positive. Ils portent tant sur l'isolation (vitrages à isolation sous
vide, façades fonctionnelles), le stockage (matériaux à changement de phase, piles à
combustible), le traitement de l'air (assainissement de l'air, récupération d'énergie),
l'intégration des énergies renouvelables (solaire thermique, solaire photovoltaïque,
géothermie) que la gestion de la chaleur et de l'électricité produites.
En matière de constructions à haute efficacité énergétique, l’Allemagne a mis en place
deux programmes spécifiques.
(1) Le programme « 3 Liter Haus59 » (voir : www.3-liter-haus.com) vise la construction de
maisons ayant une consommation de l’ordre de 60 kWh/m² par année (35 kWh/m²
pour le chauffage et 25 kWh/m² pour l’eau chaude domestique).
(2) Le programme « Passiv Haus60 » (voir : www.passiv.de, www.passivhaus-info.de) vise
la construction de maisons passives dont le besoin en énergie est de l’ordre de
40 kWh/m² par année (15 kWh/m² pour le chauffage et 25 kWh/m² pour l’eau chaude
domestique).
Marché des maisons à basse consommation énergétique en Allemagne
Le marché allemand des maisons neuves à basse consommation d’énergie enregistre une
croissance forte et régulière.
On prévoit que, d’ici 2010, plus de 30 % des nouvelles maisons construites en Allemagne
seront de catégorie « 3 litres » et 20 % de catégorie solaire passive.
58
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.
L’équivalent de 3 litres d’huile à chauffage (1 litre = 10 kWh).
60
Le standard allemand « Passivhaus » correspond à une « maison 1 litre ».
59
72
Pour ce qui est des habitations existantes, l’Allemagne a aussi mis en place deux
programmes spécifiques.
(1) Le programme « Energetische Sanierung der Bausubstanz61 » (voir : www.ensan.de)
concerne des projets de démonstration menés par la direction de la recherche du
BMWi (ministère de allemand de l’économie et des technologies). Les projets sont de
nature expérimentale et ils ne visent pas une diffusion économique immédiate.
(2) Le programme « Niedrigenergiehaus im Bestand62 » (voir : www.neh-im-bestand.de),
visant des projets à applications plus immédiates, est géré par la Deutsche EnergieAgentur GmbH63, pour le compte de plusieurs ministères allemands (Économie et
Technologie, Routes, Bâtiment et Développement urbain), de même que pour le
compte de la banque fédérale Allemande (KfW).
L’État allemand y a alloué un budget de 160 millions d’Euro, distribué sous forme de
subventions d’aide à la construction de bâtiments à basse consommation d’énergie. Pour
obtenir une subvention, il faut démontrer, en se servant d’un logiciel de calcul, que la
consommation d’énergie pour le chauffage sera inférieure à 15 kWh/m² par année et que
la consommation totale d’énergie sera inférieure à 40 kWh/m² par année. Le Kreditanstalt
für Wiederaufbau64 gère ces subventions, qui représentent en moyenne 8000 € par projet.
Elles sont constituées d’un crédit de 50 000 € et de conditions de remboursement
avantageuses (taux de 3,1 % sur 20 ans, sans remboursement les 3 premières années).
En ce qui concerne l’énergie solaire proprement dite, l’Allemagne a mis en place le
programme « Solar Bau65 » (voir : www.solarbau.de), qui vise à démontrer le potentiel de
l’énergie solaire dans les bâtiments (non résidentiels). Ce programme fait appel à des
spécialistes qui analysent et documentent les résultats obtenus afin de favoriser la collecte
de données, de même que le développement de compétences et de nouveaux matériels
d’enseignement et de formation technique.
D’autres programmes, principalement axés sur l’innovation technologique et la
démonstration, visent à pousser plus avant le développement de bâtiments à très haute
efficacité énergétique, faisant appel à des dispositifs solaires.
• Bâtiments n’utilisant pas d’énergie fossile pour le chauffage, qui est fourni par des
capteurs solaires et un système de stockage d’énergie.
• Maisons à énergie positive, produisant plus d’énergie qu’elles n’en consomment et
équipées de grands capteurs photovoltaïques. (Une trentaine de maisons ont été
réalisés sur ce principe, en particulier dans la région de Fribourg.)
• Maisons « Zéro énergie nette », connectée au réseau et pouvant échanger de l’énergie
avec celui-ci.
• Maison autonome, non connectée au réseau et ne consommant aucune énergie fossile.
61
Amélioration énergétique des constructions existantes.
Maisons existantes à faible consommation d’énergie.
63
Agence allemande de l’énergie.
64
Institution de crédit pour la reconstruction.
65
Construction solaire.
62
73
Il y a enfin des programmes de rachat de l’électricité photovoltaïque et des programmes de
soutien à l’installation de systèmes utilisant les énergies renouvelables, qui bénéficient
aussi d’un soutien du gouvernement fédéral allemand.
Aide au développement de l’énergie photovoltaïque en Allemagne
Le gouvernement allemand a mis en place (en 2001) des programmes d’aide (incitatifs fiscaux,
prêts bonifiés) et une tarification d’achat (0,574 €/kWh) qui favorise fortement l’autoproduction
d’électricité photovoltaïque.
Les sociétés de production d’électricité ont l’obligation d’acheter l’électricité de tout autoproducteur qui souhaite la vendre, moyennant la conformité de ses installations avec des
normes et exigences spécifiques. (Il faut notamment qu’il comporte un système automatique de
déconnexion en cas de baisse de tension sur le réseau.)
Fin 2004, l’Allemagne avait un parc PV de 794 MW66 (80 % du total européen), dont la majorité
(92 %) reliée au réseau. L’objectif européen (principalement en Allemagne) est d’atteindre
3 000 MW en 2010.
À titre de comparaison, en 2005, 1 000 MW ont été installés dans les pays de l’OCDE, ce qui
portait alors la puissance PV cumulative installée dans le monde à environ 3 700 MW67.
En plus des aides financières, des services d’information ont été mis en place, d’une part,
pour les chercheurs et spécialistes qui développent les technologies et, d’autre part, pour
les consommateurs qui ont à faire des choix parmi les différents dispositifs offerts par
l’industrie.
• Un service d’information sur les aides financières à la recherche la recherche (voir :
www.foerderinfo.bmbf.de).
• Un service d’information offrant des conseils sur l’amélioration de la performance
énergétique des bâtiments.
L’Allemagne est devenue le pays plus grand consommateur d’énergie solaire au monde,
occupant 55 % du marché mondial de l’énergie photovoltaïque.
3.4 Situation aux États-Unis
Aux États-Unis, les consommations énergétiques (énergie primaire) des bâtiments sont
relativement élevées68. Elles sont, en moyenne, de :
- 256 kWh/m² dans le secteur résidentiel;
- 561 kWh/m² dans le secteur tertiaire.
Une loi fédérale, adoptée en 2005, vise à réduire ces consommations.
• Elle a mis en place ou renforcé les normes d’efficacité énergétique pour de nombreux
équipements utilisés dans les bâtiments résidentiels ou non résidentiels.
66
« Guide des énergies vertes pour la maison », Patrick Piro, Terre vivante – L’écologie pratique, 2006.
« Perspectives d’avenir pour l’énergie photovoltaϊque au Canada », Yves Poissant (CANMET), Revue Choc,
Octobre 2006.
68
« Comparaison internationale Bâtiment et Énergie », Rapport intermédiaire, PREBAT ADEME, Décembre 2006,
ADEME.
67
74
• Elle a instauré des aides fiscales pour la maîtrise de l’énergie et de sources alternatives
d’énergie.
• Elle a imposé aux États des réglementations sur les bâtiments non résidentiels basés
sur une norme d’efficacité énergétique définie par l’American Society of Heating
Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE).
Le Department of Energy (DOE) a préparé une feuille de route (road map) qui donne les
objectifs à atteindre par rapport aux bâtiments construits au milieu des années 90 : moins
40% en 2010; moins 50% en 2015; moins 70% en 2020 (avec autoproduction).
La feuille de route du DOE porte donc à la fois sur l’amélioration de l’efficacité énergétique
et la production énergétique décentralisée. Pour y parvenir, le DOE a mis en place deux
programmes spécifiques : le programme « Building America » et le programme « ZeroENERGY HOMES ».
En 2005, le budget du programme « Building America » se chiffrait à 16 millions de dollars,
couvrant les activités de conception, de formation, de tests et aussi la publication de
guides. À la base, ses gestionnaires présupposent que des économies d’énergie
importantes peuvent être obtenues à coût nul ou marginal par l’optimisation des systèmes
(system engineering). En effet, les maisons construites selon les normes du programme
« Building America » sont conçues en fonction de surcoûts faibles ou marginaux.
L’approche consiste à transférer les coûts d’un poste à l’autre en améliorant l’efficacité
énergétique, notamment à surinvestir sur l’isolation et l’étanchéité de enveloppe, de façon
à réduire les coûts des systèmes de chauffage et de climatisation. Les maisons de ce type
engendrent des surcoûts de construction faibles ou même nuls par rapport à des maisons
standards et donc à des périodes de retour sur investissement courtes (entre 0 et 6 ans).
Depuis sa mise en place, en 1996, le programme « Building America » a conduit à la
construction de plus de 31 000 maisons. On estime entre 30 et 45 % la réduction des
consommations d’énergie pour ces maisons. Environ 500 des maisons de ce type
construites en 2002-2003 intègrent une production localisée d’électricité en vue d’en faire
des maisons à énergie nulle.
Les bâtiments du programme « Zero ENERGY-HOMES » font systématiquement appel
aux systèmes photovoltaïques et thermiques. Ce programme repose davantage sur la
réalisation de projets de démonstration, en relation avec trois types de projets :
•
Projets de maisons expérimentales, dont un certain nombre ont été construites afin de
tester des solutions techniques potentiellement intéressantes. Il s’agit de projets de
recherche ne comportant pas d’optimisation économique.
•
Projets de maisons commercialisables, visant la mise au point de concepts et
l’élaboration d’ensembles de solutions conformes aux recommandations de la National
Association of Home Builders. Ces projets incluent des solutions techniques typiques
de maisons à basse consommation d’énergie auxquelles sont couplés des systèmes
de chauffe eau solaire, des systèmes photovoltaïques et des équipements de gestion
et de contrôle permettant l’interruption des systèmes électriques non utilisés.
•
Développement d’un logiciel d’optimisation conçu pour évaluer les techniques
d’efficacité énergétique ayant un coût marginal inférieur à celui du photovoltaïque (PV)
et permettre de dimensionner les systèmes photovoltaïques à leur minimum utile (pour
ne produire que l’énergie restante).
75
Dans l’état actuel de la technique et au prix actuel de l’énergie, le programme « Zero
ENERGY-HOMES » n’est pas rentable et la période retour sur investissement est jugée
beaucoup trop longue. Ceci est dû au fait que les systèmes PV sont chers et que les
efforts pour réduire les consommations d’énergie jusqu’au point où elles peuvent être
assurées par des systèmes actifs impliquent des niveaux d’investissement élevés.
Surcoûts des maisons « Zero ENERGY-HOMES »69
Consommation d’électricité (kWh/m2)
Bâtiment
Terrain et infrastructures
Système PV
Coûts totaux
Coût par unité de surface (m2)
Maison de
référence
(Tennessee)
173
59 300 $
14 500 $
0
73 800 $
750 $
Maison Zéro
énergie nette 1
84
78 900 $
14 500 $
22 400 $
115 800 $
1 180 $
Maison Zéro
énergie nette 2
101
84 000 $
14 500 $
16 000 $
114 500 $
1 170 $
La rentabilité des projets dépend directement des subventions accordées pour l’installation
de systèmes photovoltaïques. Sans subvention, les périodes de retour sur investissement
de la partie photovoltaïque vont de 50 à 100 ans.
Néanmoins, le DOE projette l’installation d’un million de nouvelles installations
photovoltaïques aux États-Unis, d’ici 2015, estimant que le marché du PV sera
économiquement compétitif d’ici-là.
En ce qui concerne les interventions des États, comme dans plusieurs domaines
d’innovation technologique en énergie, c’est la Californie qui joue le rôle de chef de file.
Cet État, le plus activement engagé dans le développement de l’énergie solaire, a lancé,
en 2006, la California Solar Initiative. Il s’agit d’un ambitieux programme qui vise
l’installation de 3 000 MW d’énergie solaire photovoltaïque. Doté d’un budget de
2,9 milliards de dollars (échelonné sur 10 ans), il offre des subventions pour l’installation
d’équipements photovoltaïques (5 MW). Il prévoit également que les consommateurs qui
se doteront d’équipements photovoltaïques (1 MW) pourront bénéficier d’un système de
facturation nette70. Le prix de vente de l’électricité produite par les auto-producteurs aux
sociétés d’énergie peut atteindre 39 ¢/kWh. Le programme couvre aussi l’installation de
systèmes solaires non photovoltaïques (capteurs thermiques), dans la mesure où ils
permettent de remplacer ou de réduire la consommation d’électricité fournie par les grands
réseaux.
En plus de la Californie, une trentaine d’États américains ont aussi mis en place des
programmes visant à favoriser l’implantation de systèmes solaires (photovoltaïques et/ou
thermiques).
69
Sources : « Comparaison internationale Bâtiment et Énergie », Rapport intermédiaire, PREBAT ADEME,
Décembre 2006, ADEME.
70
Dans le cas où la consommation d’un auto-producteur est inférieure à sa production, pour un mois donné, un
crédit s’appliquera à sa facture le mois suivant, jusqu’à concurrence de douze mois.
76
Le tableau qui suit énumère les aides qu’ils offrent aux consommateurs71 dans le domaine
de l’énergie solaire thermique.
Residential
Direct Incentives
State
AL
AK
AZ
AR
CA
APS: 50¢/kWh estimated 1yr. savings
SRP: 50¢/kWh estimated 1yr. savings
Marin Cty: $300;
Redding: 50%;
SMUD: $1,500
Residential
Tax Credit,
Deduction
25%
credit_$1,000
-
CO
Aspen: $1K-$2K
-
CT
-
-
DE
FL
GA
HI
GEF: 50%_$3,000
FEO: $500;
JEA: $400 - $800;
GRU: $300 - $450;
Progress Energy: $450
HECO: $1,000;
MECO/HELCO: $1,000;
Kauai IUC: $800
35%
credit_$2,250
Non-Residential*
Direct Incentives
APS: 50¢/kWh est. 1-yr.
savings
SRP: 50¢/kWh est. 1 yr.
savings
Marin Cty: $300
Redding: 50%
GEF: 50%_$250K
GEF: R&D Grant
FEO: $15/1,000
Btu_$5K;
FEO: RET Grant;
JEA: 15%-30%_$5K
HECO/MECO/HELCO:
$125/kW plus 5¢/kWh;
Kauai IUC: 50%-80%
Commercial
Tax Credit/
Deduction
Sales Property
Tax
Tax
-
-
-
Local Gov’t Loan_$150K
Local Gov’t Loan
10% credit_$25K
Y
Y
-
-
-
-
-
-
-
Y
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Y
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Honolulu: Residential Loan;
Kauai IUC: Residential Loan;
Maui Cty Residential Loan
Energy Loan 4%_5
yrs._$100K
-
-
Y
-
-
-
Y
AERLP: 50% red._20yrs.
_$250K;
IEB Non-profit/Gov’t Loan
KSP: 6%_6 yrs.
HELP (Res.): 2%_$6K
Community Energy Loan:
3%_7 yrs._$600K;
State Agency Loan: 0%
35% credit_$250K
ID
-
100% deduction
_$20K
IL
RERP: 30%_$10K
-
IN
-
-
DCEO: 30%_$400K;
ICECF Grant
-
IA
-
-
-
-
Y
Y
KS
KY
LA
ME
MSEP: 25%_$1,250
-
MSEP: 25%_$1,250
-
-
Y (Res.)
-
MD
MEA 20%_$2,000
-
MEA 20%_$2,000
-
-
Y
KeySpan: $1,500
15%
credit_$1,000
KeySpan: $1.50/therm
estimated 1-yr.
savings_$100K_50%
MA
-
Loan
100% tax deduction
Y
& 100% excise tax
(Res.)
exemption; or
15% credit_$300
-
Y
Aspen: Residential Loan;
Fort Collins Residential Loan
CHIF: Residential Loan_
1%-6%_10 yrs.
MassSave Residential Loan:
0%-3%_$15K_7 yrs.
MI
-
-
-
MN
-
-
-
-
Y
-
MS
-
-
-
-
-
-
MO
-
-
-
-
-
-
MT
-
$500 credit
-
-
-
Y
NE
-
-
-
-
-
-
NV
Portfolio Energy Credits
-
-
-
Y
NH
Keyspan: $1,500
-
-
-
(L)
(Res.)
NHBRC (Com.): $10K ≥_7
yrs.
NJ
-
-
Portfolio Energy Credits
KeySpan: $1.50/therm
estimated 1-yr.
savings_$100K_50%
-
Non-profit/Gov’t Loan: 50%
red._$500K_5 yrs.
Business Loan 3%<prime_
85%_$300K_7 yrs.
Non-profit/Gov’t Loan;
Columbia W&L Res. Loan
AERLP: 5%_$40K_10 yrs.
Energy Loan: 50% rate
reduction_$175K_10 yrs.
-
-
Y
-
-
71
-
SMUD (Res.): 7.5%_10 yrs.
Source: IREC/NC Solar Center, Database of State Incentives for Renewables & Efficiency (DSIRE) (voir :
http://www.dsireusa.org).
77
NM
-
30%
credit_$9,000
-
30% credit_$9,000
(non-corporate)
-
-
EE/RE Bond Program
NY
-
25%
credit_$5,000
-
-
Y
(Res.
)
Y
NYSERDA 4%-6.5% below
mkt._10 yrs.
NC
-
-
35% credit _$2.5M
-
Y
-
15% credit
Y
100% franchise tax
(Com
exemption
.)
-
ND
-
OH
ODOD: $3/100
Btu/day_50%_$5K
OK
OR
Energy Trust: 30¢-40¢/kWh
st
1 yr. savings_$1,500;
Ashland: 40¢/kWh/yr.
estimated savings_$1K;
Central EC: $500;
Douglas EC: $500;
CPI: $500;
EWEB: $600;
EPUD: $600;
Salem: $600
PA
Regional Clean Energy
Funds
RI
-
SC
SCEO: $1,000 (for builders)
SD
35%
credit_$1,400
15% credit
-
ODOD: $3/100
Btu/day_$150K
-
-
st
60¢/kWh 1 yr.
savings_$1,500
-
Energy Trust: $6/therm
st
1 yr. savings_35% ;
35% credit _$3.5M
EWEB:_varies by project
-
Y
Non-residential EILP:
1%_$500K_10 yrs.
-
Y
(Com.)
REFAP: 50% red._$5K$500K_5 yrs.
-
-
Y
SELP: 4.9 – 6.95%_ 12-15
yrs._$20K -20M;
Ashland Residential Loan;
Central EC Residential Loan;
EPUD Residential Loan;
EWEB Residential Loan;
Salem Residential Loan
DEP: Energy Harvest
Grant;
PEDA: Energy Grants;
Regional Clean Energy
Funds
-
-
-
PEDA: Project Financing;
Regional Clean Energy
Funds;
Keystone (Res.):
7.99%_$10K_10 yrs.
-
-
Y
Y
(Res.)
-
-
25% credit_$3,500
-
-
-
-
25%
credit_$1,750
25%
credit_$3,500
-
-
-
-
Y
TN
-
-
TN-CET: 40%_$75,000
-
-
-
Sm. Business Loan: 0%3%_$100K_7 yrs.
TX
Austin Energy: 25¢/kWh
estimated 1-yr. savings
-
Austin Energy: 25¢/kWh
estimated 1-yr. savings
-
Y
-
UT
VT
VA
WA
WV
VEIC: $1.75 per 100
Btu/day_$8,750
Clallam Cty PUD: $500;
Clark PU: $2,000;
Franklin PUD: $500;
Grays Harbor PUD: $600;
Pacific Cty PUD: $2K;
Port Angeles: $750-$1K
-
25%_$2,000
-
-
-
WI
FOE: 25%_$2,500 /
25%_$25K (multi-fam.);
WPPI (participating munis):
$30/sf_35%_$3,500
-
WY
-
-
VEIC: $1.75 per 100
Btu/day_$8,750
Grays Harbor PUD:
$600;
FOE: $8/therm (<1,000
thm/yr.)_25%_$35K;
FOE: $5/thm (1,0005,000
thm/yr.)_25%_$35K;
FOE: 25%_$35K
(>5,000 thm/yr.)
-
Deduction: 100%
taxable capital or
10% income
10%_$50,000
-
-
-
-
Y
-
-
-
-
(L)
-
-
Y
-
Clallam Cty Residential Loan;
Clark Residential Loan;
Franklin Residential Loan;
Grays Harbor Loan;
Pacific Cty Residential Loan
-
-
-
-
-
-
Y
WPPI (participating munis):
$2.5K - $20K_1.99%_10yrs.
-
-
-
Le tableau qui suit énumère les aides qu’ils offrent aux consommateurs72 dans le domaine
de l’énergie solaire photovoltaïque.
State
Residential
Direct Incentive
AL
AK
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
Golden Valley: up to
$1.50/kWh_25 kW
72
Residential
Tax Credit
Non-residential
Direct Incentive
TVA $0.20/kWh_10 yrs.
Golden Valley: up to
$1.50/kWh_25 kW
Commercial
Tax Credit
Net
Sales Property
Metering† Tax
Tax
Loan
AEA Local Gov’t Loan
Source: IREC/NC Solar Center, Database of State Incentives for Renewables & Efficiency (DSIRE) (voir :
http://www.dsireusa.org).
78
AZ
AR
CA
APS: $3/W grid-tied or $2/W_offgrid_≤5 kW;
SRP: $3/W_≤10 kW;
Sulphur Springs: $4/W_$8K;
TEP: $2-3/W_1.2kW-15kW;
Trico: $4/W_$8K;
UES: $3/W_1.2kW-15kW
Xcel: $4.50/W_≤10kW
Aquila: $5/W_≤10kW;
CSU: $3.75/W_≤10kW;
Aspen: $2/W_$6K;
Holy Cross: $2/W_$50K
CT
CCEF: $5/W for 1st 5kW; $4.30/W
next 5kW_$46,500;
Mass Energy: $0.06/kWh, 3 yrs.
GEP: 50%_$22,500
DEP: $4/W_$20K
GRU: $1.50/W_$15K
GA
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
HI
ID
IL
APS: $2.50/W or PBI_$500K;
SRP: $3/W_≤10 kW /
$2.50/W_>10 kW_$500K;
Sulphur Springs: $4/W_$20K
TEP: $2.50/W_$250K;
Trico:_$4/W_$20K;
UES: $3/W_1.2kW-15kW
35%_$5,000
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
10%_$25,000
(U)
SRP (Res.)
TEP
Y
Y
CPUC: $2.50-$3.25/W_<100 kW;
CPUC: $0.39-$0.50/kWh_
5 yrs._≥100kW;
Municipal utilities: $2/W -$4/W;
Marin Cty $500
Xcel: $4.50/W_≤10kW / $2/W+
Y
$0.115/kWh_>10kW-100kW /
RFP for >100kW;
Aquila: $5/W_≤10kW / $3.50/W
>10kW-100kW;
CSU: $3.75/W_≤25kW;
Holy Cross: $2/W_$50K
CCEF: $5/W_$50K; (nonY
profit/gov’t);
CCEF: $5/W_$4M_>10 kW
GEP: 50%_$250K
Y
(U)
$0.01/kWh thru
DEP: $4/W_$100K;
DEP: Demo Grants;
6/30/10 (sold to JEA (Res.);
unrelated party) Lakeland;
GRU: $1.50/W_$15K
NSBUC
TVA: $0.20/kWh_10 yrs.
Y
CPUC: $2.50/W;
CEC: $2.50-$2.60/W (new homes);
Municipal utilities: $2/W-$4/W;
Marin Cty: $500
CO
DE
FL
25%_$1,000
100%
deduction
_$20K
35%_$500,000
BEF Grants / BEF Solar Schools;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
RERP: 30%_$10K
RERP: 30%_$10K;
ICECF Grants (non-profit/gov’t)
Independence L&P: $1-$3/kWh
(est. annual output)_$10K
Independence L&P: $1-$3/kWh
(est. annual output)_$10K
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
TVA $0.20/kWh_10yrs.
MEA: 20%_$3,000
RRMF: $50K_50%
MEA: 20%_$5,000
Y
Y
SMUD (Res.): 7.5%_10 yrs.
Aspen (Res.): 0%_5 yrs.;
Gunnison: $25K_10 yrs._5%
Y
(Res.)
CHIF (Res.): 1%-6%_10 yrs.;
DPUC: financing terms
vary_>50 kW;
Y
Satilla REMC (Res.):
$25K_10yrs.
Y
(U)
Avista;
ID Power;
Rocky Mtn.
(U)
ComEd
Y (Res./
IN
Y
Y
IDWR Loan: 4%_5
yrs._$100K
(>25
kW)
Y
Schools)
IA
KS
KY
LA
ME
MD
MA
MTC: $2+/W_≤10kW;
Mass Energy: $0.06/kWh, 3 yrs.
Participating WPPI munies: $1$3/kWh (est. annual
output)_$10K
MN
MDC: $2/W_$20,000;
MN Power: $2/W_$4,000;
GRE co-ops: $2/W_$4K;
Austin PU : ≤ $1/kWh_40kW;
Owatonna PU: ≤ $1/kWh_40kW;
Rochester PU: ≤$1/kWh_40kW
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
MO
MT
NorthWestern:_$3.50/W_$7K;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
20-25%
incremental
cost (multifam. green
bldg.)
20-25%
incremental cost
(green bldg.);
$0.0085/kWh_5
yrs. (sold to
unrelated party)
MTC: $2+/W_≤10 kW /
15%_$1,000
100%
MTC: $2.25+/W_$250K (>10kW);
deduction;
Mass Energy: $0.06/kWh, 3 yrs. 100% exempt.
DLEG: Demo Grant 90%_$50K
(non-profit/gov’t);
Participating WPPI munis: $1$3/kWh (est. annual
output)_$10K
MDC: $2/W_$20,000;
MN Power: $2/W_$4,000;
GRE co-ops: $2/W_$4K;
Austin PU : ≤ $1/kWh_40kW;
Owatonna PU: ≤ $1/kWh_40kW;
Rochester PU: ≤$1/kWh_40kW
TVA: $0.20/kWh_10 yrs.
$500
NorthWestern:_$3.50/W_$7K;
BEF grant / BEF Solar Schools;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
NE
NV
NH
Y
Y
Y
AERLP: 50% rate
reduction_20 yrs._$250K;
IEB Non-profit/Gov’t Loan
Y
MI
MS
$0.015/kWh_10
yrs. (sold to
unrelated party)
35%
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y (Res.)
HELP (Res.) 2%_$6K
Y (Com.)
MEA Community Loan:
3%_7yrs._$600K;
MEA State Agency Loan: 0%
Y
(Res.)
Y
Y
Y*
Y (Com.)
Y
Y
Y
$0.00075/kWh_
$400K_≥1MW
NV/Sierra Power :
$2.50/W_$12.5K
NV/Sierra Power: $2.50/W_$75K
(com.) / $5/W_$150K (gov’t);
Portfolio Energy Credits
MDA Bus. Loan 3%<prime_
85%_$300K_7 yrs.
DNR Non-profit/Gov’t Loan
AERLP: 5%_$40K_10 yrs.
Energy Loan: 50% rate
reduction_$175K_10 yrs.
Y
Y
Y
(L) (Res.)
NHBRC (Com.): $10K
min._7 yrs.
79
NJ
NM
NY
NC
ND
OH
NJ CEP: $3.80/W_$38K
RPS Solar RECs
NJ CEP: $3.80/W (com.) /
$4.40/W (non-profit/gov’t), lower
amt for >10kW; RPS Solar RECs
PMN: $0.13/kWh thru
PMN: $0.13/kWh thru
30%_$9,000
30%_$9,000
(non-corporate);
2018_≤10kW
2018_≤10kW
$0.015$0.04/kWh_
10yrs._≥1 MW
LIPA: $3.75/W_≤10kW;
25%_$5,000; LIPA $3.75/W (com.); $4.75/W
5-20%
NYSERDA: $4-$4.50/W 1st 5kW,
5-20%
(non-profit/gov’t)_≤10kW;
incremental.
$3-$3.50/W next 5kW_60%
incremental.
NYSERDA: $4-$4.50/W 1st
costs_$3/W
costs_$3/W
25kW, $3-$3.50 next
(green bldg.)
(multi-fam.
25kW_≤50kW (com.) / $5/W 1st
green bldg.)
25kW, $4/W next 25kW
(schools/non-profits)
35%_$10,500
35%_$2.5M
NCGP: ~$0.18/kWh;
NCGP ~$0.18/kWh;
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
TVA: $0.20/kWh_10 yrs.
15%
ODOD: $3.50/W_$25K
OK
OR
$3/W_50%_
$6,000
PA
Energy Trust: $2-$2.25/W
DC_$10K;
BEF: $0.10/kWh_10kW_5yrs.;
CPI: $500/kW;
Ashland: $2.25/W_$10K;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
Regional Clean Energy Funds
RI
People's P&L $0.06/kWh, 3 yrs.
25%_$3,750
SC
SD
TN
TVA: $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
TX
UT
Austin: $4.50/W_$80%_$13,500
St. George: $2/W_$6K_≤10kW
VT
VEIC: $1.75/W_$8,750 (res.);
$3.50/W_$35K (multi-fam., lowincome)
TVA $500 + $0.15/kWh_10 yrs.
15%
ODOD: $3.50/W_≤10kW / lower
amt. for >10kW_$150K
$0.0025/kWh_
10 yrs._≥50 MW
Energy Trust: $1.25-$1.50/W 1st
35% credit
30 kW, $1-$1.25/W next 20kW;
_$3.5M
BEF Grant / BEF Solar Schools;
Ashland: $2.25/W_$10K;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
Y
Y
Y
Y
Y
(Res./Ag.)
(Res.)
Y
Y
Y
Y*
NYSERDA: 4% below mkt._
10 yrs.
EILP : 1%_10 yrs._$500K
(non-res.)
Y
Y
Y
(Com.)
(Com.)
ODOD: 50% interest rate
reduction_$5K-$25K_5 yrs.
Y
Y
Y*
DEP: Energy Harvest Grant
PEDA: Energy Grants
Regional Clean Energy Funds
Y
People's P&L $0.06/kWh_3 yrs.
(U)
NE
SELP 4.9-6.95%_5-15
yrs._$20K -20M
Regional Clean Energy
Funds
PEDA: Project Financing
Keystone (Res.):
7.99%_$10K_10 yrs.
Y
Y
(Res.)
Y
25%_$2,000
TVA : $0.20/kWh_10yrs.;
TN-CET: 40%_$75,000
Austin: $4.50/W_$80%_$100K
St. George: $2/W_$20K_≤10kW
DECD (Sm. Bus.): 0%3%_$100K_7 yrs.
10%_$50,000
Y
Y*
Y
Y
(Com.)
VA
WA
WV
WI
WY
VEIC: $1.75/W_$8,750
Y
TVA $0.15/kWh_10 yrs.
Y
DOR $0.15-$0.54/kWh_10
yrs._$2K/yr.;
Chelan PUD: up to $1.50/kWh;
Clallam Cty: $500/kW;
Franklin PUD: $500/kW;
Klickitat: $400/kW_$1,200
Okanogan: up to $1/kWh;
Orcas: $1.50/W_$4,500;
Puget Sound: $525-$600;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
DOR $0.15 – $0.54/kWh_10
yrs._$2K/yr.;
BEF Grant / BEF Solar Schools;
Chelan PUD: up to $1.50/kWh;
Klickitat PUD: $400/kW_$1,200;
Okanogan: up to $1/kWh;
Orcas: $1.50/W_$4,500;
NWSC: 5¢/kWh thru 12/31/09
Y*
FOE: $1.50/kWh est. annual
output_25%_$35K_≤20kW;
Participating WPPI munis: $1$3/kWh (est. annual
output)_$10K;
WE Energies: $0.225/kWh_10
yrs._1.5kW-100kW
FOE: $1.50/kWh est. annual
output_25%_$35K_≤20kW;
FOE: $1/kWh est. annual output
(com.); $1.50/kWh (nonprofit/gov’t)_25%_$35K_>20kW50kW;
Participating WPPI munis: $1$3/kWh (est. annual kWh)_$10K;
WE Energies: $0.225/kWh_10
yrs._1.5kW-100kW /
$5/W_$2M_100kW-400kW;
WE:_50%_$100K(nonprofit/gov’t)
WBC: 50%_$3,000
Y
(L)
Y
Y
Y
Y
Clallam Cty (Res.)
Clark PUD (Res.)
Franklin Cty (Res.)
Grays Harbor
Ferry Cty PUD (Res.)
Klickitat PUD (Res.)
Y
WPPI (participating munis):
$2.5K - $20K_1.99%_10yrs.
Y
(Com.)
†State net metering requirements often apply only to certain classes of utilities; see DSIRE for details; * = one or more utilities not subject to state net
metering rules offer it; Y = Yes; (U) Offered by select utilities: (L) Local option to provide property tax exemption
Aux États-Unis, les tarifs d’électricité sont relativement peu élevés (12,5 ¢/kWh en
moyenne) et on peut envisager qu’il faudra encore plusieurs années et des avancés
80
technologiques marquantes (abaissements marqués des coûts) avant que le marché des
systèmes photovoltaïques résidentiel ne connaisse une véritable croissance.
3.5 Situation au Canada
Le gouvernement fédéral et les gouvernements des autres provinces ont des programmes
d’aide au développement des énergies renouvelables, dont une part va au développement
de l’énergie solaire. Ils sont constitués, pour la plupart, de mesures visant à réduire les
« surcoûts » souvent liés aux nouvelles technologies énergétiques.
En ce qui concerne le gouvernement fédéral, les aides au développement de l’énergie
solaire sont liées aux actions qui visent à minimiser les changements climatiques. Elles
sont liées à l’« Initiative écoÉnergie ». Les tableaux qui suivent en donnent les grandes
lignes.
écoÉnergie pour le chauffage renouvelable
Un investissement du gouvernement fédéral de 36 millions de dollars, consacré à l'Initiative
écoÉNERGIE pour le chauffage renouvelable, vise à favoriser le recours aux technologies
d'énergies propres renouvelables par un ensemble de mesures incitatives et de soutien
financier.
Application en milieu industriel, commercial et institutionnel
Lors de l’acquisition d'un système de chauffage solaire dans les secteurs industriel,
commercial et institutionnel, une première mesure permet le remboursement de 25 % du coût
d’achat de l'installation et de certains autres frais, jusqu’à un maximum de 80 000 $ par
installation. (N.B. : cette mesure n’offre pas une aide directe aux propriétaires).
Cette mesure vise l’installation, d'ici 2011, de systèmes solaires de chauffage des locaux et
de l'eau dans quelque 700 bâtiments.
Applications en milieu résidentiel
En partenariat avec les services publics, les entreprises de services éconergétiques, les
groupes communautaires et d'autres partenaires intéressés, une dizaine de projets seront
mis sur pied pour favoriser l’implantation des systèmes solaires dans le secteur résidentiel.
Ces projets visent l'installation de systèmes de chauffage solaire de l'eau dans plusieurs
milliers de foyers, partout au Canada.
Élaboration de normes et homologation
Des mesures complémentaires visent à consolider les bases des technologies solaires (et
géothermiques) en appuyant les travaux d’élaboration de normes et d'homologation. Elles
inciteront l’industrie de la construction à intégrer ces technologies dans les codes des
bâtiments et les règlements provinciaux et municipaux. Elles contribueront aussi à la
formation de concepteurs, de techniciens et d’installateurs qualifiés.
81
écoÉnergie pour l’électricité renouvelable
Le programme écoÉnergie pour l’électricité renouvelable représente 1,48 milliard de dollars
et vise à augmenter les approvisionnements en électricité renouvelable au Canada de 4 000
mégawatts.
Pour aider à combler l'écart de prix qui existe entre les nouvelles sources d'énergies
renouvelables et les sources d'électricité classiques, ce programme offre d’abord une mesure
incitative de 1 ¢/kWh, sur une période allant jusqu'à 10 ans, pour les nouveaux projets
produisant de l'électricité propre à partir de sources d'énergies renouvelables. Ces sources
comprennent l'énergie éolienne, les petites centrales hydroélectriques, l'énergie tirée de la
biomasse, l'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie géothermique, les technologies des
marées et des vagues.
écoÉNERGIE pour l'électricité renouvelable devrait produire suffisamment d'électricité propre
renouvelable pour alimenter près de 1 million de foyers.
Il vise avant tout les entreprises, les municipalités, les institutions et les organismes.
Pour le PV, l’offre de 1 ¢ par kilowattheure (à peine 2 % du coût de production actuel)
apparaît beaucoup trop faible pour avoir un quelconque effet sur le développement de cette
technologie au Canada.
Par ailleurs, le gouvernement fédéral a lancé (en septembre 2007) un appel d’offres dans
le cadre de son programme d’aide à l’implantation de chauffe-eau solaires (écoÉnergie et
son programme de chauffage renouvelable). Il vise l’installation de plus de 1 500 systèmes
de ce type au Canada, au cours des prochaines années. Le niveau de l’aide offerte par le
gouvernement fédéral est de 1 500 $. (Au moment d’écrire ces lignes, une trentaine de
projets avaient ont été reçus et faisaient l’objet d’évaluations.)
Le gouvernement fédéral a aussi prévu des mesures d’aide à l’innovation et au
développement technologique.
écoÉnergie sur la technologie
L’« Initiative écoÉnergie sur la technologie » offre une aide financière pour les activités de
recherche, de développement et de démonstration.
Elle soutien le développement des technologies d'énergie propre (de prochaine génération)
afin d’augmenter l'approvisionnement en énergie propre, de réduire la surconsommation
d’énergie et la pollution provenant de sources conventionnelles d'énergie.
Bien qu’elle porte principalement sur des technologies comme celles du « charbon propre »,
de la séquestration du carbone et l’exploitation des sables bitumineux, elle fait aussi place à
des technologies liées aux nouveaux carburants et aux énergies renouvelables. C’est le cas
des technologies de l'hydrogène et des piles à combustible, ainsi que celles de la valorisation
énergétique de la biomasse, de l'énergie éolienne et de l’énergie.
Parmi les gouvernements provinciaux, c’est celui de l’Ontario qui a adopté les mesures les
plus marquantes pour favoriser le développement de la filière solaire. Il a décidé, en mars
2006, de procéder à l’achat d’électricité produite par la filière solaire à un prix qui permette
82
de la rentabiliser. Chacun des projets ne pourra excéder 10 MW. L’objectif ontarien est de
parvenir à 100 000 installations solaires.
Le gouvernement de l'Ontario joue un rôle de leader au Canada dans le développement de
l'énergie photovoltaïque avec son programme « Contrat d’offre standard ».
Un projet de production d’électricité photovoltaïque de grande envergure, le projet
OptiSolar Farm, est en cours de réalisation en Ontario.
Parc de production d’électricité photovoltaïque en Ontario
L'un des plus grands parcs de production d’électricité photovoltaïque au monde sera
prochainement construit à Sarnia, en Ontario.
OptiSolar Farms installera plus d'un million de panneaux solaires sur de vastes terrains afin
d’y transformer l'énergie solaire en électricité. Ce projet, comprenant quatre « fermes
solaires » ajoutera 40 mégawatts au réseau ontarien, d'ici 2010, soit suffisamment
d'électricité pour alimenter 6 000 foyers.
À ce jour, on dénombre 36 projets projets autorisés dans le cadre de ce programme, dont
deux installations solaires photovoltaïques résidentielles et plusieurs parcs éoliens de
puissances de l’ordre de 10 mégawatts. L’ensemble des projets ontariens en photovoltaïque
actuellement considérés représente une puissance installée de 250 MW, suffisante pour
alimenter 55 000 foyers.
Un vaste projet de production d’électricité photovoltaïque dans le secteur résidentiel, un
« lotissement solaire » dans la ville de Waterloo, est aussi en cours de réalisation.
Lotissement solaire en Ontario
La corporation ARISE Technologies de Waterloo, Ontario est à la tête d'une équipe de projet
multidisciplinaire qui vise l'installation de systèmes photovoltaïques (PV) intégrés sur le toit
d'environ quinze nouvelles maisons. Ce projet, premier dans son genre, sera construit sur un
nouveau développement résidentiel à Waterloo.
Les systèmes sont capables de générer 3 600 kilowatts-heures d'électricité par maison par
an. Les maisons sont raccordées au réseau électrique et peuvent rediriger le surplus
électrique au réseau. La matrice du toit comportera des modules PV cristallins ainsi que des
photopiles au silicium amorphe en pellicule mince, plus une structure portante. Les systèmes
de toitures PV comporteront un contenu canadien d'environ 40%.
Ce projet de deux ans et demi est la première démonstration systèmes PV intégrés à l'échelle
d'une communauté dans un lotissement solaire. Le financement de 1$ million du
gouvernement du Canada provient du Fonds d'action pour le changement climatique (FACC)
et Ressources naturelles Canada (RNCan).
L'équipe du projet inclus aussi le partenariat et la coopération entre autres de Waterloo NorthHydro, CIBC, la ville de Waterloo, COOK Homes et l'Université deWaterloo. COOK Homes
proposera l'option solaire sur 6 différents modèles.
83
(Source : CANMET)
Ces maisons à haute performance énergétique certifiée R2000 incluent des ventilateurs à
récupération de chaleur et des fournaises à haute performance. Les acheteurs potentiels ont
accès à une solution solaire d'ingénierie clé en main à un coût de 15 000$ à 20 000$, ce qui
est environ la moitié de ce que coûterais ce genre de système sans ce programme spécial.
ARISE est aussi en train de négocier avec CIBC un taux réduit pour les acheteurs de maisons
qui choisissent l'option solaire.
Intégrés dans la toiture, les photopiles solaires sont la source d'électricité principale. Lorsque
les photopiles fournissent plus d'énergie que ce dont la maison à besoin durant les journées
ensoleillées, le surplus alimente le réseau, faisant tourner à rebours le compteur des
propriétaires. Ce projet verra environ 10 maisons construites en 2003 et 5 de plus en 2004. En
plus des bénéfices économiques liés aux emplois créés pour la construction de ces maisons,
les 15 foyers solaires réduiront les émissions de gaz à effet de serre (GES) de 1 200 tonnes
durant la période de 20 ans de la garantie des équipements.
Le programme ontarien de « Contrat d’offre standard » en électricité photovoltaïque est le
plus important de ce type en Amérique du Nord. Il vise, à terme, l’installation de systèmes
photovoltaïques représentant 1 000 MW qui viendront s'ajouter au réseau au cours des dix
prochaines années.
Comme le gouvernement de l’Ontario, celui de la Colombie-Britannique a aussi adopté des
mesures favorisant le développement de l’énergie solaire. Ce faisant, ces provinces
incitent les consommateurs à investir directement dans l’achat et l’exploitation
d’équipements de production d’électricité, réduisant d’autant le poids des investissements
à la charge des sociétés publiques. Les prix élevés que ces dernières devront payer pour
acheter l’électricité des auto-producteurs reflètent le coût encore élevé de l’électricité
photovoltaïque (55 ¢/kWh).
Aides au PV en Ontario et en Colombie-Britannique
Le gouvernement de l’Ontario garantit un prix de vente des surplus photovoltaïques de
42 ¢/kWh. Il utilise le terme « Contrat d’offre standard » pour désigner ce mécanisme d’achat
d’électricité par le distributeur public. Il implique l’installation d’un compteur séparé pour
mesurer la production PV.
La Colombie-Britannique suit la même approche et s’apprête à mettre en place un mécanisme
de similaire (« Contrat d’offre standard »). Son programme sera cependant moins
« généreux », les prix de ventes étant de l’ordre des prix de vente d’électricité couramment en
vigueur dans cette province, soit entre 6,5 et 7,9 ¢/kWh.
84
Le tableau qui suit donne un la liste des principaux programmes et des mesures fédérales
et provinciales ayant une incidence sur le développement de l’énergie solaire au Canada.
Programmes et mesures d’aide au développement de l’énergie solaire au Canada73
Juridiction
Fédéral
Alberta
Chauffe-eau solaire
écoÉnergie / Chauffage renouvelable
Photovoltaϊque
écoÉnergie / Énergie renouvelable
Remboursement de l’assurance
hypothécaire (SCHL)
Remboursement de l’assurance
hypothécaire (SCHL)
Rabais « SunRidge BuiltGreen »
Rabais « SunRidge BuiltGreen »
Rabais de 3 500 $ pour les maisons à
haute efficacité (niveau Or)
ColombieBritannique
Île-du-PrinceÉdouard
Exemption de taxe provinciale
Exemption de taxe provinciale
Prêt à taux réduit (jusqu’à 5 000 $ à
4,9 %)
Prix de vente garanti (« Contrat d’offre
standard ») : entre 6,5 et 7,9 ¢/kWh.
Exemption de taxe provinciale
Exemption de taxe provinciale sur les
systèmes solaires (chauffe eau et PV).
Prêt / Systèmes de chauffage alternatif
NouvelleÉcosse
Rabais pour les systèmes de chauffeeau solaire
Ontario
Exemption de taxe provinciale
Rabais de 10 % des coûts d’installation
de systèmes de chauffage solaire pour
les nouvelles constructions résidentielles
et commerciales (jusqu’à un maximum
de 5 000 $).
Exemption de taxe provinciale
Rabais de 5 000 $ sur l’installation d’un
système de chauffe eau solaire
Programme « Contrat d’offre
standard » : 42 ¢/kWh pour le PV
Programme « Earth Wise » / Cambridge
Hydro
Saskatchewan
Rabais de 8 % sur les coûts
d’installation de capteurs solaires pour
chauffe piscine
Programme qui vise les municipalités
En Alberta, des efforts particuliers sont faits pour promouvoir l’utilisation à grande échelle
de l’énergie solaire pour le chauffage de l’eau et des espaces habitables.
Projet de « quartier solaire » en Alberta
73
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA
Institut, 2007.
85
La Drake Landing Solar Community (voir : http://www.dlsc.ca/index.htm) a entrepris un projet
de construction d’un « quartier solaire ».
Premier quartier solaire de ce type en Amérique du Nord, il sera localisé dans la ville de
Okotoks, en Alberta. Sa construction a commencé en avril 2007, et, à terme, il devrait
compter 52 maisons bâties à la base selon les exigences R-2000 (isolation et étanchéité
supérieures, fenêtres à haute efficacité, ventilation contrôlée), ce qui correspond à un niveau
d’efficacité énergétique de 30 % plus élevé que celui des maisons conventionnelles.
Les maisons seront toutes chauffées par un système de chauffage urbain (en réseau), conçu
pour stocker dans des réservoirs souterrains de la chaleur fournie par des capteurs solaires
en été et redistribuée en hiver.
Six designs de maisons de type semi-détaché, avec un garage et un abri d’auto, sont
proposés aux acheteurs éventuels.
(Source : Drake Landing Solar Community)
De dimensions (surfaces habitables) variant entre 135 et 150 m2. Chaque maison sera
pourvue de panneaux solaires (thermiques) montés sur les garages (préfabriqués avec leur
installation solaire).
(Source : Drake Landing Solar Community)
Le projet comportera 800 garages de ce type qui, ensemble, représenteront une puissance
d’environ 1,5 MW (par une journée d’ensoleillement typique).
L’énergie solaire qu’ils collecteront sera stockée en profondeur dans le sol (recouvert d’une
couche de sable isolant). La température devrait y atteindre jusqu’à 80 oC.
86
(Source : Drake Landing Solar Community)
On estime que jusqu’à 90 % de la chaleur requise pour chauffer les maisons de Drake
Landing pourra être fournie par les capteurs solaires.
Avec le projet de Drake Landing, l’Alberta trace la voie à l’implantation d’installations
solaires résidentielles de grande envergure au Canada.
3.6 Transposition à la situation au Québec
Au Québec les efforts pour développer l’énergie solaire ont jusqu’à présent été assez
limités.
Il ya bien eu, dans les années 80, des développements importants dans le domaine des
capteurs solaires, notamment en relation avec la présence au Québec de la compagnie
Petrosun. Il y a eu quelques projets de recherche dans le domaine de l’énergie solaire
photovoltaïque, dont notamment ceux qui se poursuivent à l’Université du Québec à
Montréal sur les cellules électrochimiques (Graetzel).
Récemment, la création du Réseau de recherche sur les bâtiments solaires, à l’Université
Concordia et les avancées dans le développement et la mise au point de nouveaux
équipements solaires, dont les capteurs développés par Enerconcept et ceux de la
compagnie HLT, ont ouvert de nouvelles perspectives pour le développement et
l’exploitation de l’énergie solaire au Québec.
Le Québec compte aujourd’hui plusieurs entreprises, de nombreux centres de recherche et
des organismes spécialisés qui forment une base solide de compétences et de ressources
en énergie solaire.
•
Une trentaine d’entreprises développent et commercialisent des produits et offrent des
services dans le domaine de l’énergie solaire.
•
Une douzaine de centres de recherche conçoivent et développent des technologies
d’énergie solaire.
•
Une dizaine d’organismes et d’associations fournissent des conseils, participent à des
projets et font la promotion de l’énergie solaire.
87
C’est dans ce contexte que l’Agence de l’efficacité énergétique est appelée à y jouer un
rôle clé. À cet effet, la stratégie énergétique, rendue publique en 2006 par le
gouvernement du Québec, lui a confié le mandat de déposer à la Régie de l’énergie un
projet d’interventions visant le développement de la filière solaire au Québec, en s’inspirant
des approches en place dans d’autres juridictions, tout en les adaptant à la réalité
québécoise.
L’exemple japonais a montré l’utilité et l’impact de la mise en place mesures d’aides
publiques significatives (jusqu’à 50 % des coûts), durables et bien planifiées (sur des
dizaines d’années). Le gouvernement japonais a fait des efforts importants pour
développer le marché des constructions usinées ou préfabriquées, avec l’intégration
pratiquement systématique de systèmes solaires photovoltaïques. Sur le plan
organisationnel, il a favorisé la collaboration entre les principaux intervenants et une mise
en commun des savoir-faire. Il a aussi mené des campagnes de promotion (campagnes de
« marketing » télévisées).
Les exemples japonais et allemand ont aussi démontré l’intérêt de mettre en œuvre les
principes d’efficacité énergétique, comme ceux qui correspondent aux normes Novoclimat.
En raison de ses prix de l’électricité beaucoup moins élevés qu’au Japon ou en
Allemagne74, le Québec n’a sans doute pas intérêt à intervenir dans l’implantation à grande
échelle des systèmes photovoltaïques. Il peut cependant s’inspirer de ce qui y a été fait
dans les domaines des maisons passives et de l’intégration accrue des systèmes solaires.
L’exemple américain montre, pour sa part, l’intérêt de développer et de promouvoir les
technologies solaires dont les surcoûts sont relativement peu élevés et dont les
perspectives de rentabilité ne sont pas trop éloignées. De nombreux États offrent des
aides financières de niveaux très variables mais néanmoins relativement élevés : 25 % des
coûts ou environ 2 000 $ en moyenne pour des chauffe eau solaires; entre 5 000 $ et
15 000 $ pour l’installation de panneaux photovoltaïques et des garantis de prix de vente
aux sociétés d’électricité variant entre 15 et 20 ¢/kWh (allant même jusqu’à 39 ¢/kWh en
Californie).
Enfin, ce qui se fait au Canada, au niveau fédéral et dans les autres provinces, montre
aussi l’intérêt de développer et d’implanter les dispositifs et concepts solaires passifs, de
même que les technologies des capteurs solaires thermiques, tant pour le chauffage de
l’air que le chauffage de l’eau et des espaces habitables. Il apparaît particulièrement
opportun de suivre l’exemple du gouvernement fédéral en matière d’aide à l’implantation
de chauffe eau solaires et d’associer le Québec à ses interventions pour en faire bénéficier
les consommateurs québécois. Par ailleurs, contrairement à ce qui se fait en Ontario, qui
suit en cela l’exemple Allemand, il n’apparaît pas opportun de subventionner les surcoûts
des installations photovoltaïques, tant que les progrès technologiques ne les auront pas
rendues plus économiquement avantageuses pour les consommateurs.
Les éléments clés que le Québec peut retenir de ces exemples sont les suivants.
• Soutine à l’innovation et au développement technologique.
• Aides d’un niveau proportionnellement élevé à l’implantation des technologies les plus
avantageuses (sur une base planifiée et durable).
74
Le prix moyen de l’électricité est d’environ 25 ¢/kWh au Japon et 20 ¢/kWh en Allemagne.
88
• Incitation à la concertation entre les principaux intervenants : architectes, concepteurs,
constructeurs, installateurs, chercheurs et « développeurs » de technologies.
• Promotion des technologies les plus profitables, en concertation avec les associations
et organismes spécialisés.
Les programmes dont la mise en place est proposée au prochain chapitre en tiennent
compte.
4. Programmes à mettre en place et développement des marchés
Beaucoup de consommateurs voient dans l’énergie solaire « la » solution aux problèmes
énergétiques et environnementaux. Ils veulent une maison « tout solaire », autonome et
peu coûteuse en énergie. Cette vision n’est malheureusement pas réaliste.
•
Question d’efficacité, même si, sans dispositif particulier, le Soleil chauffe le toit et les
murs d’une maison, son rayonnement reste relativement diffus et doit être capté et
concentré pour l’exploiter avec suffisamment d’efficacité.
•
Question de disponibilité, l’énergie solaire n’est « captable » que le jour et peut être
fortement réduite par la couverture nuageuse. Sa disponibilité ne peut être évaluée et
prévue que sur de longues périodes (saisonnières ou même pluriannuelles).
•
Question de besoin, les habitations et les habitudes de consommations sont très
variables et peuvent excéder de beaucoup les capacités des systèmes d’énergie
solaire.
L’Agence de l’efficacité énergétique est cependant en mesure d’aider à développer
l’énergie solaire au Québec. Il suffit d’abord qu’elle poursuivre son action en matière
d’efficacité énergétique proprement dite.
•
Inciter les consommateurs à limiter leurs besoins et leurs dépenses énergétiques.
•
Contribuer au développement de meilleures technologies d’efficacité énergétique.
•
Conseiller les consommateurs sur les nouvelles technologies énergétiques et les inciter
à utiliser les plus avantageuses.
Ces actions correspondent à des conditions de base pour le développement de l’énergie
solaire au Québec parce que, comme la plupart des sources d’énergie renouvelable, elle
est généralement plus coûteuse que les énergies conventionnelles.
La mise en œuvre des technologies solaires permet de tirer profit d’une source d’énergie
durable et abondante. Leur efficacité est synonyme de gains énergétiques et leur mise en
œuvre devrait aussi permettre de réduire la consommation globale d’énergie.
Les mesures pouvant être mises en place sont de trois types, en fonction de la nature de
l’aide et de ceux à qui elle est destinée :
•
•
•
Réduction des coûts pour les manufacturiers, installateurs et distributeurs.
Réduction des coûts d’acquisition pour les consommateurs.
Revenu supplémentaire pour les consommateurs.
89
Pour les manufacturiers, installateurs et distributeurs, il s’agit de réduire les coûts de
fabrication et d’installation et, en bout de ligne, de réduire les prix pour les consommateurs.
En fonction des produits et équipements considérés, les aides peuvent prendre la
forme d’incitatifs fiscaux (réduction de taxe) ou de remboursements d’une partie des coûts
de fabrication et d’installation. Pour les consommateurs, la réduction des coûts
d’investissement peut prendre la forme de réduction de la taxe de vente sur les produits et
équipements, de remboursement des coûts (investissements) d’achat, de réduction des
taxes municipales, de prêts personnels ou hypothécaires à taux réduits et d’aide à la
location d’équipement (compagnies ou utilités publiques).
Dans le cas des auto-producteurs, les sociétés publiques peuvent s’engager acheter
l’électricité à un prix d’achat avantageux (ex. : 42 ¢/kWh en Ontario pour le PV) et garanti
sur une période suffisamment longue (ex. 20 ans) pour viser la rentabilisation de leurs
investissements. Pour les auto-producteurs québécois, les perspectives de rentabilité
demeurent faibles, mais il y a intérêt pour la société à amener les consommateurs à
participer directement à l’achat et à l’installation d’équipements de production d’énergie
afin de réduire d’autant les nouveaux investissements publiques requis pour répondre à la
croissance des besoins énergétiques.
4.1 Programmes proposés
Il plus spécifiquement est proposé que l’Agence de l’efficacité énergétique mette en place
les programmes suivants.
• NOVO-SOLEIL : un programme qui constitue un volet complémentaire du programme
Novoclimat et l’évolution des normes de construction vers une plus grande prise en
compte des avantages des dispositifs solaires passifs.
• SOL – AIR : un programme qui porte sur le chauffage solaire de l’air et ses applications
dans les domaines résidentiel, commercial, industriel, institutionnel et agricole.
• SOL – EAU : un programme qui porte sur le chauffage solaire de l’eau et ses
applications dans les domaines résidentiel, commercial, industriel, institutionnel,
municipal et agricole.
• ÎLOTS SOLAIRES : un programme qui porte sur l’utilisation des technologies solaires
dans les communautés isolées.
• SOL – R-D : un programme qui constitue un volet du programme d’innovation et de
développement technologique de l’Agence et qui vise l’amélioration des technologies
solaires en général et celles du domaine photovoltaïque en particulier.
Les interventions à faire concernent les nouvelles constructions, en premier lieu, pour la
possibilité de concevoir et d’installer à moindres frais les dispositifs et équipements
solaires, mais aussi les bâtiments anciens où se trouve un important « gisement » de gains
énergétiques à faire. En effet, le parc immobilier ne se renouvelle qu’à environ 1 % de
bâtiments neufs par année et les bâtiments anciens sont ceux qui peuvent le plus profiter
d’améliorations de leurs systèmes énergétiques.
90
75
Marché potentiel des systèmes solaires au Québec
Nouvelles maisons
Par année
Au bout de 10 ans
27 675
276 750
Maisons existantes
(60 %)
Nombre total
1 389 355
1 666 105
Les programmes proposés visent d’abord les consommateurs, aussi bien les particuliers
que les utilisateurs d’énergie des milieux industriel, commercial, institutionnel et agricole,
afin de les inciter et de les aider à avoir davantage recours aux technologies solaires. Ils
concernent ensuite les industries et les chercheurs, afin de les aider à développer, à
adapter et à mettre au point les technologies solaires qui intéresseront les consommateurs
québécois.
Pour la rénovation et l’amélioration des bâtiments existants, le programme Rénoclimat
offre une évaluation énergétique avant et après les travaux de rénovation, une cotation
énergétique et un accès à de l'aide financière provenant des distributeurs d’énergie et de
l’Office de l’efficacité énergétique.
Pour la construction neuve, les consommateurs qui optent pour une maison certifiée
Novoclimat ont droit à une aide financière de la part des distributeurs d’énergie, l’aide
financière se détaillant comme suit :
• 2 000 $ pour une maison certifiée Novoclimat construite entièrement sur le site par un
entrepreneur accrédité Novoclimat;
• 2 000 $ pour une maison usinée dont vous confiez l’entière réalisation à un
entrepreneur accrédité Novoclimat (service clé en main – la maison pourra être certifiée
Novoclimat);
• 1 500 $ pour une maison usinée pour laquelle vous prenez en charge une partie des
travaux (la maison ne pourra être certifiée Novoclimat, mais pourra recevoir une
attestation de performance).
La certification Novoclimat répond à des normes élevées de construction garantissant
confort et économies et les habitations (neuves ou rénovées) qui l’obtiennent représentent
déjà un grand pas vers l’atteinte de l’efficacité énergétique des maisons solaires passives.
Afin d’encourager encore plus directement l’exploitation des technologies solaires passives,
il est proposé de mettre sur pied le programme NOVO – SOLEIL, un programme
spécifiquement dédié à la construction de nouvelles habitations incorporant encore
davantage de telles technologies.
Programme sur les habitations solaires passives
NOVO – SOLEIL
Basé sur les normes Novoclimat, ce programme visera à les faire évoluer vers une plus
grande prise en compte des avantages des dispositifs solaires passifs.
75
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the Residential/Farm Sector », PEMBINA Institut,
2007.
91
Cibles :
- Maisons unifamiliales (neuves)
- Habitations multilogements (neuves)
Mesures :
- Remboursement d’une part (25 %) des « surcoûts solaires » pour la construction
d’habitation solaires passives.
- Aide à l’innovation et au développement technologique76.
- Diffusion d’information et promotion des avantages des habitations solaires passives.
Coûts :
• Déboursés annuels pour l’AEE : ≈ 6,9 M$77.
• Mises de fonds annuelles de l’AEE en innovation et développement technologique :
≈ 0,25 M$ (pris à même le volet solaire de son budget de R-D ≈ 1 M$).
Impacts et retombées :
- Réduction des besoins de chauffage des habitations (jusqu’à 50 %).
- Réduction des coûts des installations de chauffage.
- Économies monétaires pour les particuliers (≈ 1 000 $/année).
- Confort accru.
- Plus value au moment de la revente.
- Réduction et même élimination des besoins en climatisation.
Potentiel réalisable :
- Objectif de 5 % des nouvelles constructions.
Positionnement et liens avec les intervenants :
• Partenariats à développer entre l’AEE, Hydro-Québec, l’Ordre des architectes du
Québec, l’Association provinciale des constructeurs d’habitations du Québec
(APCHQ), le Réseau de recherche sur les bâtiments solaires/Université Concordia,
l’association Énergie Solaire Québec, la Régie du bâtiment et l’Union des
municipalités.
• Liens avec les entreprises québécoises et les groupes de recherche intéressés (voir
section 2.3).
Programme sur le chauffage solaire de l’air
SOL – AIR
Ce programme visera à encourager et promouvoir l’utilisation des systèmes de
préchauffage de l’air.
Cibles :
- Maisons unifamiliales (neuves et existantes)
- Habitations multilogements (neuves et existantes)
76
Contribuer au financement de la recherche-développement et de la mise au point de composants et d’éléments de
construction adaptés aux habitations solaires passives (isolants, châssis, étanchéité, ventilation mécanique contrôlée, etc.).
77
Estimations basées sur le nombre de nouvelles constructions prévues (27 675 par année) et des surcoûts de l’ordre de
20 000 $, impliquant une aide moyenne de 5 000 $. En faisant l’hypothèse que 10 % des nouvelles constructions seront de
type solaires passives, les aides financières totaliseraient environ 13,8 M$ par année (5 % X 27 675 X 5 000 $).
92
-
Édifices commerciaux
Édifices industriels
Édifices gouvernementaux
Hôpitaux
Écoles
Édifices municipaux
Bâtiments de ferme
Mesures :
- Allocation de 1 000 $ pour l’installation d’un système de chauffage solaire de l’air.
- Aide à l’innovation et au développement technologique78.
- Diffusion d’information et promotion des avantages du préchauffage solaire de l’air.
Coûts :
• Déboursés annuels pour l’AEE : ≈ 1M$79.
• Mises de fonds annuelles de l’AEE en innovation et développement technologique :
≈ 0,25 M$ (pris à même le volet solaire de son budget de R-D ≈ 1 M$).
Impacts et retombées :
- Réduction des besoins de chauffage de l’air et des espaces habitables.
- Qualité de l’air accrue.
- Réduction de 25 % des coûts de préchauffage de l’air par rapport aux technologies
traditionnelles.
- Coûts équivalents : ≈ 3 ¢/kWh.
- Période de retour sur investissement : entre 1,7 et 6 ans.
Potentiel réalisable :
- Technologie bien établie et bien adaptée aux bâtiments commerciaux et industriels.
- Objectif d’adaptation de 10 % des bâtiments industriels par année.
Positionnement et liens avec les intervenants :
• Partenariats à développer entre l’AEE, Hydro-Québec et Gaz Métro
• Liens avec les entreprises québécoises et les groupes de recherche intéressés (voir
section 2.3).
Programme sur le chauffage solaire de l’eau
78
Contribuer au financement de la recherche-développement et de la mise au point de composants et d’éléments de
construction adaptés aux habitations solaires passives (isolants, châssis, étanchéité, ventilation mécanique contrôlée, etc.).
79
Estimation sommaire basée sur le principal marché potentiel, celui des 10 000 bâtiments industriels du Québec (PME et
grande entreprise), en faisant l’hypothèse que chaque année, 10 % de ces bâtiments seront équipés de systèmes de
préchauffage solaire de l’air.
93
SOL – EAU
Ce programme visera à encourager et promouvoir l’utilisation des systèmes de chauffage
solaire de l’eau.
Cibles :
- Maisons unifamiliales (neuves et existantes)
- Habitations multilogements (neuves et existantes)
- Chalets
- Pourvoiries
- Exploitations piscicoles
- Petites entreprises : buanderies, laboratoires de photos, lave-auto
- Petites industries (eau chaude de procédés)
- Entreprises agroalimentaires
- Hôpitaux (buanderies)
- Hôtellerie
- Piscines municipales
Mesures :
- Allocation de 1 500 $ pour l’installation d’un système de chauffe-eau solaire80.
- Aide à l’innovation et au développement technologique81.
- Diffusion d’information et promotion des avantages des chauffe-eau solaires.
Coûts :
• Déboursés annuels pour l’AEE : ≈ 1,5 M$82.
• Mises de fonds annuelles de l’AEE en innovation et développement technologique :
≈ 0,25 M$ (pris à même le volet solaire de son budget de R-D ≈ 1 M$).
Impacts et retombées :
- Couverture de 50 % des besoins en eau chaude : ≈ 250 $ / année
• Économies cumulatives : 3 500 $/20 ans (durée de vie des capteurs).
• Coûts équivalents : entre 9 ¢/kWh83 et 15,4 ¢/kWh84.
• Période de retour sur investissement : ≈ 6 ans pour une maison moyenne (avec des
aides fédérales et provinciales); entre 5 et 7 ans en pisculture; ≈ 10 ans pour des
installations communautaires (centre sportif)85; et ≈ 22 ans (sans aides publiques)
Potentiel réalisable :
• Puissance équivalente installée au Canada (2003) : 449,5 MW.
- Ampleur du marché des chauffe-piscines : 2 700 systèmes installés (en 2003) au
Canada.
- Marché potentiel au Québec : 1 666 105 habitations86.
Positionnement et liens avec les intervenants :
• Partenariats à développer entre l’AEE, Hydro-Québec, Gaz Métro, le Réseau de
80
Ce montant représente environ 25 % des coûts moyens d’installation (≈ 5 500 $).
Contribuer au financement de la recherche-développement et de la mise au point de composants et d’éléments de
construction adaptés aux habitations solaires passives (isolants, châssis, étanchéité, ventilation mécanique contrôlée, etc.).
82
Objectif : 1 000 installations par année.
83
Données fournies par HLT (1 capteur = 2,5 MWh/an).
84
Selon l’Institut PEMBINA.
85
Étude RETScreen.
86
Selon l’Institut PEMBINA.
81
94
•
recherche sur les bâtiments solaires/Université Concordia et l’association Énergie
Solaire Québec,
Liens avec les entreprises québécoises et les groupes de recherche intéressés (voir
section 2.3).
En plus des applications résidentielles, les applications industrielles pourront aussi être
encouragées. Ce marché est cependant moins facile à cerner.
Exemple : Biscuits Leclerc
Dans sa nouvelle usine de Québec, la compagnie Biscuits Leclerc vient d’installer des réservoirs
(14) pouvant contenir une grande quantité de chocolat liquide (maintenu à une température de
41 oC). De telles installations, qui font actuellement appel au gaz naturel comme source
d’énergie87, constituent une cible toute indiquée pour le couplage avec des équipements solaires
thermiques.
En matière de concertation et de possibilité d’accroître l’impact du programme SOL – EAU,
l’AEE pourrait conclure une entente avec le gouvernement fédéral, qui a mis en place des
mesures d’aide à l’implantation de systèmes de chauffe eau solaires au Canada. Le niveau
de l’aide offerte par le gouvernement fédéral est de 1 500 $. L’aide financière de l’AEE
serait similaire et viendrait compléter celle-ci. C’est déjà se qui se fait en Ontario et au
Manitoba, dont les gouvernements appuient le programme fédéral et y ajoutent une aide
équivalente.
Programme de promotion de l’énergie solaire dans les communautés isolées
87
Information fournie par le service de l’énergie de Biscuits Leclerc.
95
ÎLOTS SOLAIRES
Cibles :
- Communautés isolées
- Pourvoiries
- Chalets
Mesures :
- Remboursement de 25 % des coûts d’installation de systèmes solaires : systèmes de
chauffage de l’air et chauffe-eau solaires88.
- Diffusion d’information et promotion spécifiques aux communautés isolées concernent
les coûts et les bénéfices des technologies solaires.
Coûts :
• Déboursés annuels pour l’AEE : ≈ 1,5 M$89.
Impacts et retombées :
- Pour le chauffage de l’air : réduction de 25 % des coûts de préchauffage de l’air par
rapport aux technologies traditionnelles (coûts équivalents : ≈ 3 ¢/kWh).
- Pour le chauffage de l’eau : couverture de 50 % des besoins en eau chaude.
> Économies : ≈ 250 $ / année.
> Économies cumulatives : 3 500 $/20 ans (durée de vie des capteurs).
> Coûts équivalents : entre 9 ¢/kWh90 et 15,4 ¢/kWh91.
• Économies pour Hydro-Québec : On peut estimer à plus de 50 ¢/kWh le coût de
production de l’électricité, alors qu’Hydro-Québec, par la loi qui la régit, doit y vendre
l’électricité au même prix que partout ailleurs au Québec (≈ 7 ¢/kWh). Son manque à
gagner est de plus de 43 ¢/kWh, soit de l’ordre de 40 millions de dollars par année.
Potentiel réalisable :
• Nombre de communautés isolées au Québec : 79 92 (environ 75 000 personnes ou
30 000 ménages).
• Îles-de-la-Madeleine : 12 573 habitants (données de 2005).
Positionnement et liens avec les intervenants :
• Partenariats à développer entre l’AEE, Hydro-Québec et Ressources naturelles Canada
en vue de favoriser l’implantation de systèmes solaires aux Îles-de-la-Madeleine et dans
d’autres communautés isolées du Québec.
• Liens avec les entreprises québécoises et les groupes de recherche intéressés (voir
section 2.3).
88
Un scénario complémentaire pourrait être élaboré pour l’implantation de systèmes photovoltaïques, mais la
rentabilité en serait faible en raison des coûts élevés des capteurs photovoltaïques et du bas prix de l’électricité livré
par Hydro-Québec.
Objectif : 1 000 installations par année.
89
Exemple : aux Îles-de-la-Madeleine, le coût de revient de l’électricité (Hydro-Québec) est élevé (de l’ordre de 50
¢/kWh). En concertation avec Hydro-Québec, l’AEE pourrait contribuer à y implanter des systèmes d’énergie solaires,
avec un objectif de pénétration de 5 % par année (≈ 750 maisons par année). Les coûts moyens des systèmes visés
seraient d’environ 8 000 $ par maison (2 500 $ pour des systèmes de chauffage de l’air et 5 500 $ pour des chauffeeau solaires), pour une aide moyenne de 2 000 $.
Objectif : 1 000 installations par année.
90
Données fournies par HLT (1 capteur = 2,5 MWh/an).
91
Selon l’Institut PEMBINA.
92
Les communautés isolées au Québec comptent pour environ 1 % de la population totale, soit environ 75 000
personnes. Il s’agit des villages autochtones du Nord et des localités de la Basse-Côte-Nord, de la Haute-Mauricie, de
l'Abitibi et de la Minganie (réf. : Groupe d'études inuit et circumpolaires (GÉTIC), Université Laval).
96
Au total, les quatre programmes proposés représentent pour l’AEE des mises de fonds de
10,9 millions de dollars par année, s’ajoutant aux sommes déjà prévues pour l’aide à
l’innovation et au développement technologique (environ 1 M$ par année pour les
technologies solaire). Ces programmes viendraient compléter les mesures qui sont déjà en
place, en lien avec les distributeurs d’énergie.
Comme mentionné précédemment (Section 2.4), les technologies photovoltaïques et les
technologies de construction « Zéro énergie nette » présentent aussi de l’intérêt, mais
leurs applications en situations courantes ne pourront se faire qu’à long terme. Il n’est pas
jugé opportun, dans l’état actuel des technologies, de les inclure dans les programmes
proposés.
Les technologies photovoltaïques et celles des habitations « Zéro énergie nette » exigeront
des efforts appréciables de recherche et de développement et pourront éventuellement
faire l’objet d’aides dans le cadre du Fonds d’aide à l’innovation et au développement
technologique que l’Agence doit mettre sur pied.
Les programmes proposés devront être accompagnés d’une aide à la recherchedéveloppement et à la démonstration technologique. Il s’agit d’améliorer les équipements
et les systèmes solaires pour les rendre plus abordables et convaincre les consommateurs
d’y avoir recours.
Le développement de l’énergie solaire exigera des efforts en matière de formation de
spécialistes (architectes, ingénieurs, techniciens, etc.) afin d’optimiser les concepts et
garantir les rendements des installations solaires. Il est proposé que l’Agence de l’efficacité
énergétique organise des ateliers et encadre cette formation.
Enfin, une solide veille technologique devrait être faite par l’Agence de l’efficacité
énergétique, faisant appel à ses propres compétences internes et à celles de spécialistes
externes.
4.2 Ouverture des marchés
Énergie solaire passive
Sur le plan technique, la maison passive est bien définie. Le seul frein à la construction
passive réside donc surtout dans la compétence et l’expérience des architectes et des
entrepreneurs.
L’aspect économique ne joue pas toujours en faveur de la maison passive. Un certain
nombre de projets restent plus onéreux à long terme qu’une construction classique, même
si c’est souvent avant tout en raison de leur caractère expérimental.
L’augmentation prévisible des dépenses énergétiques va petit à petit renforcer l’attrait des
maisons passives, tout simplement parce que les investissements supplémentaires
qu’elles nécessitent seront plus rapidement rentabilisés.
Les techniques et les matériels sont au point depuis longtemps et il existe de nombreuses
réalisations dans différents pays, notamment en Scandinavie, où les conditions climatiques
peuvent se comparer à celles du Québec.
97
Chauffage solaire de l’air
La mise au point de la technologie des murs solaires a été rendue possible par des aides
gouvernementales aux entreprises, des essais de laboratoire et le mesurage des
premières installations.
Six entreprises canadiennes font des systèmes de chauffage solaire de l’air leur principal
secteur d’activité. Ils emploient environ 60 personnes au Canada et on dénombre environ
300 entreprises qui exercent des activités connexes.
La capacité totale installée des systèmes de chauffage solaire de l’air au Canada était
équivalente à 45,6 MW (en 2003).
Sur la base du savoir-faire d’experts canadiens, cette technologie a permis aux
producteurs agricoles de plusieurs pays de l’Amérique du Sud et de l’Asie d’avoir recours à
des techniques de séchage plus écologiques et durables. (Utiliser l’énergie solaire pour le
séchage des récoltes est idéal dans le cas du thé, du café, des fruits, des fèves, du riz, des
épices, du caoutchouc, du cacao et du bois.)
L’exploitation de cette technologie au Québec ne fait que commencer et des aides
publiques restent nécessaires pour l’améliorer et en permettre une plus large diffusion.
Chauffe-eau solaire résidentiel
L'industrie canadienne du chauffage solaire de l'eau comprend des fournisseurs, des
distributeurs et des fabricants de capteurs solaires, d'échangeurs, de pompes, de
réservoirs et de régulateurs, ainsi que des conseillers.
Le Canada compte environ 70 entreprises, principalement des concepteurs ou installateurs
(fournisseurs). Environ la moitié d’entre eux considèrent qu'ils font partie du secteur de
l'énergie solaire, c'est-à-dire qu'ils conçoivent et installent également des systèmes
photovoltaïques.
L'industrie du chauffage solaire de l'eau compte environ 120 emplois directement reliés
aux activités de ce domaine.
Le marché éventuel des chauffe-eau solaires dans l’ensemble du Canada est très étendu.
La capacité totale installée de système de chauffage solaire de l’eau au Canada était
équivalente à la production de 449,5 MW (en 2003).
Il y aurait (en 2003) plus de 2 700 systèmes de chauffage solaire pour piscine au Canada.
Afin de pénétrer ce marché, Ressources naturelles Canada travaille en collaboration avec
l’industrie en vue de mettre au point des systèmes de haut rendement et de faible coût de
revient.
Par ailleurs, l’Agence internationale de l'énergie (AIE) cherche à créer des groupes
d’acheteurs par le biais de l’activité 24 du Programme de systèmes de chauffage et de
refroidissement solaire (Active Solar Procurement).
Une coopération avec eux est recommandée.
98
La technologie photovoltaïque
L'industrie photovoltaïque canadienne compte une cinquantaine d'entreprises, dont la
plupart (de 90 à 95 %) sont des concepteurs ou installateurs de systèmes résidentiels.
On estime que cette industrie a généré des revenues de plus de 100 millions de dollars et
employait environ 625 personnes en 2004.
L'industrie se compose de fabricants de composants, de développeurs, de distributeurs, de
fournisseurs (aussi appelés « concepteurs ou installateurs ») ainsi que de conseillers, le
plus souvent des ingénieurs-conseils. On trouve aussi plusieurs entreprises qui produisent
du matériel pour les piles solaires.
La plupart des concepteurs ou installateurs sont des entreprises qui comptent au
maximum trois employés et exercent leurs activités dans leur région.
En 2004, la capacité estimée de production d’électricité par la technologie photovoltaïque
était de 14 MW au Canada alors qu’elle était de 1,86 en 1995. Ce marché a connu une
croissance annuelle moyenne de 24 % durant les onze dernières années.
À elle seule, la Garde côtière canadienne utilise plus de 7000 systèmes d’aides à la
navigation (bouées et phares) alimentés par l’énergie photovoltaïque, ce qui en fait le plus
grand utilisateur de cette technologie au Canada. On retrouve aussi des installations dans
quelques parcs nationaux du Nord du Canada utilisent des systèmes photovoltaïques
hybrides afin d’alimenter leurs systèmes de télécommunications.
À l’échelle mondiale, à la fin 2002, la capacité de production d’électricité photovoltaïque
était de 512 MW, représentant un marché de plus de 2 milliards de dollars (US). Les
applications hors-réseau dominaient les marchés (32 % du marché mondial et 98 % du
marché au Canada).
Le premier quartier alimenté à l’énergie solaire au Canada est situé à Waterloo, en
Ontario. Il vise à promouvoir le développement et la démonstration de maisons équipées
de systèmes photovoltaïques (reliés au réseau).
En ce qui concerne les coûts, le prix du module photovoltaïque a chuté de 11 $/W à 7 $/W
entre 1999 et 2002.
En dépit de ces progrès marquants, les systèmes photovoltaïques demeurent très coûteux
et une plus large utilisation ne pourra se faire sans des efforts de recherchedéveloppement soutenus.
4.3 Environnement réglementaire et politique
Le code national de l’énergie pour les habitations (CNEH), qui porte sur toutes les
habitations, jusqu’aux petits immeubles d’appartements de trois étages (de moins de
600 m2), traite des constructions solaires. Il fait notamment état de l’avantage qu’offrent les
fenêtres orientées au sud, mais il ne reconnaît cependant pas tous les avantages d’une
habitation solaire passive. Parmi les exigences du code qui peuvent avoir une incidence
99
directe sur la construction d’habitations solaires passives on relève93 les éléments
suivants :
− un espace non chauffé, comme une véranda, ne compte que pour 0,16 (RSI) dans
l’isolation d’un mur commun;
− le rapport de la surface vitrée et de la surface de plancher ne doit pas dépasser 20 %
(ce pourcentage est élevé et laisse suffisamment de marge);
− en raison de l’avantage du chauffage solaire passif, seulement la moitié de la paroi
vitrée orientée dans des limites de 45 o de part et d’autre de la direction franc sud n’est
comptée;
− les fenêtres doivent avoir un coefficient d’apports par rayonnement solaire (CARS)
supérieur à 0,58 et ne doivent pas être ombragée (référence : midi le 21 décembre);
− le bâtiment doit être doté d’un système de ventilation.
Un bâtiment qui n’est pas conforme aux exigences du code doit faire l’objet d’une analyse
énergétique. Cette analyse permet de comparer la consommation d’énergie prévue pour le
bâtiment non conforme avec celle d’un bâtiment semblable construit selon les normes. Le
seul logiciel actuellement approuvé pour une telle analyse, le logiciel HOT2000, ne
convient pas parfaitement aux principes des habitations solaires :
− il traite l’habitation comme un seul grand espace, de sorte qu’il ne peut calculer l’effet
d’une masse thermique (dans une partie éloignée des espaces habitables);
− les zones de captage solaire doivent être traitées comme des zones entièrement
chauffées (supposant qu’elles devraient éventuellement être chauffées);
− le système de chauffage doit être modélisé en fonction d’une température de réglage
constante et l’excédent de chaleur (à plus de 24,5 oC) doit être évacué à l’extérieur (ce
qui est contraire à l’optimisation des apports solaires).
Au Québec, le code de construction du Québec doit être amendé de façon à améliorer la
performance énergétique des nouveaux bâtiments et habitations construits à compter de
2008. La réglementation actuelle date de plus de 20 ans et plusieurs de ses dispositions
sont désuètes. Elle sera révisée pour y inclure de nouvelles exigences de performance
énergétique concernant particulièrement l’enveloppe des bâtiments (isolation, étanchéité,
portes et fenêtres) et les systèmes mécaniques et électriques (ventilation, climatisation,
chauffage, éclairage, etc.).
Des études techniques et économiques doivent aider à fixer les niveaux des nouvelles
exigences, inspirées de la norme Novoclimat (voir : http://www.aee.gouv.qc.ca/
habitation/novoclimat/novoclimat.jsp) pour les habitations individuelles et collectives. Pour
les bâtiments industriels, commerciaux et institutionnels, les nouvelles exigences viseront
une performance énergétique équivalente à celle du Programme d’encouragement pour
les
bâtiments
commerciaux
(PEBC)
du
gouvernement
fédéral
(voir :
http://www.cleanenergy.gc.ca/canada/initiative_f.asp?item=571).
Les normes québécoises actuelles stipulent que la surface totale du vitrage, incluant celle
des portes-fenêtres et des lanterneaux, ne doit pas excéder 15 % de l’aire de plancher.
Pour une habitation solaire, la surface de vitrage peut atteindre 30 % et, dans ce cas, pour
ne pas qu’elles deviennent un désavantage, il est très important de s’assurer que les
fenêtres donnant au sud ne soient ni obstruées, ni ombragées. Pour les régions
québécoises les plus densément peuplées, les fenêtres des habitations donnant franc sud
pourront capter entre 525 kWh/m2, à Montréal, et 625 kWh/m2, à Baie-Comeau
(600 kWh/m2 à Québec), durant les principales périodes de chauffe, entre le 1er octobre et
93
« Capter le soleil – Techniques solaires passives et modèles de maisons », Société canadienne d’hypothèque et de
logement, 1998.
100
le 31 mars. Sur une base annuelle, une surface vitrée de 12 m2, orientée franc sud, pourra
générer environ 6 000 kWh de chauffage solaire passif, soit l’équivalent de dix plinthes
électriques de 1 000 W fonctionnant pendant 600 heures, pour une économie de plus de
425 $ (au tarif actuel effectif de 7,3 ¢/kWh).
Le resserrement des exigences québécoises de performance énergétique des bâtiments
favorisera le développement des constructions solaires passives, dont plusieurs aspects y
sont directement reliés comme : une isolation optimale, une grande étanchéité, la rupture
des ponts thermiques, l’installation de fenêtres écoénergétiques, le recours à un système
ventilation à récupération de chaleur, l’éclairage naturel, etc.
Le resserrement des exigences d’isolation ne doit cependant pas pousser à une coûteuse
« surisolation ». Il faut plutôt viser une isolation adéquate, couplée avec des dispositifs
d’apports solaires et l’utilisation de systèmes de contrôle de l’ensemble (masse thermique,
volets), y compris des apports de systèmes actifs comme des capteurs thermiques et
photovoltaïques ou des pompes géothermiques (le cas échéant).
Par ailleurs, le droit au soleil, pas encore considéré dans la réglementation québécoise,
deviendra un facteur important. Aux États-Unis, dans certains États, ce droit est garanti par
la loi. Ainsi, en Californie, le droit au solaire est défini par le droit d’accéder au
rayonnement solaire direct, au moment du solstice d’hiver.
En matière de réglementation, l’exemple de l’Allemagne peut servir de référence. La
première incitation réglementaire allemande concerne la réglementation thermique (EnEv).
Elle fixe une exigence sur la consommation d'énergie primaire du bâtiment et sur
l'étanchéité à l'air de l'enveloppe. La consommation (en kWh/m²/an) doit être inférieure à
une valeur limite, qui dépend du rapport entre la somme des surfaces des parois où il y a
dissipation de chaleur et le volume du bâtiment. La réglementation allemande exige
également un renouvellement d'air minimum (sans donner de valeurs). Ces exigences font
qu'il est quasiment nécessaire de mettre en place un système de ventilation mécanique (la
majorité des logements en Allemagne en sont actuellement dépourvus).
4.4 Difficultés appréhendées
L’une des difficultés dans la construction d’habitations solaires passives réside dans le
manque d’expérience des architectes et des entrepreneurs.
Sensibiliser les architectes au rôle déterminant qu’ils peuvent jouer en tant que conseiller
des entrepreneurs et des consommateurs face aux options de construction. Il faut
convaincre les professionnels de la construction de l’intérêt de développer le marché de la
maison solaire passive.
Les obstacles qui se posent sont de divers types, selon la nature des développements
visés.
• Information
et sensibilisation : les consommateurs, l’industrie et le milieu
gouvernemental sont insuffisamment informés des avantages (et des inconvénients)
des technologies solaires.
• Qualités techniques, compétences et formation : la qualité des équipements, de même
que les compétences techniques des manufacturiers, concepteurs, et installateurs sont
de niveau variable, ce qui est incompatible avec le fait que les produits et équipements
d’énergie solaires sont souvent de haute technicité et que la qualité des produits et des
installations est déterminante pour leur bon rendements et leur fiabilité.
101
• Taille des marchés : la taille relativement faible des marchés de l’énergie solaire limite
les possibilités de développements industriels, à moins de pouvoir aussi profiter des
marchés plus vastes d’exportation.
• Contexte énergétique et réglementation : la production, le transport et la distribution
d’électricité se faisant de manière centralisée et le lien avec les consommateurs étant
essentiellement à sens unique, l’autoproduction s’en trouve défavorisée. Il y a
cependant une certaine ouverture et l’option de mesurage net offerte par Hydro-Québec
améliore un peu la situation des auto-producteurs d’électricité au Québec. Par ailleurs,
les réglementations municipales entravent souvent ou ne favorisent pas le
développement de l’énergie solaire.
• Coûts et prix : les coûts d’investissement et les coûts d’exploitation des systèmes
solaires (actifs) sont relativement élevés, par rapport aux formes d’énergie
traditionnelle, et leur rentabilisation n’est possible que sur de longues périodes de
temps.
• Technologie : des efforts de recherche-développement visant les rendements et les
coûts restent à faire pour les rendre plus intéressant aux yeux des consommateurs.
ANNEXE 1
RECHERCHE-DÉVELOPPEMENT
Pistes de recherche94
Énergie solaire passive
• Intégration des principes d’énergie solaire passive aux techniques architecturales et techniques du
génie des bâtiments, principalement les murs, les fenêtres, les planchers et le toit, et les éléments du
milieu environnant (isolation spécifique, fenestration mieux adaptée, murs et planchers absorbant
l'énergie thermique et la libérant graduellement après la tombée du jour).
• Développement de la « climatisation passive » par diverses techniques d'ombrage (stores, rideaux,
toit saillant, plantation d'arbres à des endroits stratégiques, etc.) ou par circulation d'air à l'intérieur
des bâtiments.
• Développement des matériaux et systèmes de stockage de d’énergie thermique.
Chauffage solaire actif
• Amélioration de la performance des chauffe eau pour des piscines (privées et municipales), des
maisons, des commerces et des usines et pour le chauffage des locaux.
• Mise au point de capteurs thermiques plus performants et possibilité de procéder par vente d’énergie
(plutôt que d’équipements).
• Amélioration de la technique des murs solaires (parois métalliques perforées) permettant de
préchauffer l’air des systèmes de ventilation et de chauffage d’édifices commerciaux, industriels ou
institutionnels.
Énergie photovoltaïque
• Développement des cellules photovoltaïques afin d’en accroître les rendements et/ou d’en abaisser
les coûts (efficacité de l’ordre de 15 % et coût estimé à environ 50 ¢/kWh).
• Développement de nouvelles technologies basées sur l'utilisation de composés électrochimiques
(gels ou polymères transparents) permettant de fabriquer des capteurs photovoltaïques à des coûts
plus bas et une plus grande facilité d'intégration des capteurs photovoltaïques à l'infrastructure des
bâtiments.
• Développement des techniques d’adaptation des systèmes photovoltaïques (panneaux) aux
conditions climatiques hivernales (glace, neige, très basses températures).
• Étude et analyse de la problématique du stockage de l’électricité et couplage avec d’autres systèmes
de production renouvelable d’électricité.
94
Pistes de recherche considérées par le comité du Conseil de la Science et de la Technologie, dans le cadre de
l’élaboration d’une stratégie de recherche en énergie (en préparation).
103
ANNEXE 2
ÉTUDES COMPLÉMENTAIRES
Les informations et données fournies dans le présent rapport ont été colligées et
compilées avec le plus d’exactitude possible.
Certaines données devraient cependant être réexaminées par l’Agence de l’efficacité
énergétique. C’est le cas pour les des estimations des marchés et des coûts prévus pour
la mise en place des programmes.
Les études complémentaires suivantes sont donc recommandées.
• Clientèles cibles : inventaire du nombre de clients potentiels (ex. buanderies); examen
de leur situation et de leurs besoins énergétiques.
• Communautés isolées : inventaire de leur nombre et de leur population; examen de leur
situation et de leurs besoins énergétiques.
• Codes et normes : participation aux travaux sur les codes et normes; adaptation et
harmonisation avec le développement de l’énergie solaire.
104
ANNEXE 3
BIBLIOGRAPHIE
« Guide des énergies vertes pour la maison », Patrick Piro, Terre vivante – L’écologie
pratique, 2006
« Comparaison internationale Bâtiment et Énergie », Rapport intermédiaire, PREBAT
ADEME, Décembre 2006, ADEME
« Énergie solaire – Technologies et applications », Ressources naturelles Canada (Site
Internet : http://www.canren.gc.ca/tech_appl/index_f.asp?CaId=5&PgId=438)
« Énergie
solaire active
»,
Ressources
naturelles
Canada
Internet : http://www.canren.gc.ca/programs/index_f.asp?CaID=60&PgID=429)
(Site
« Énergie
solaire
/
Énergie
renouvelable »,
Industries
Internet : http://strategis.ic.gc.ca/epic/site/rei-ier.nsf/fr/h_nz00007f.html)
(Site
Canada
« Capter le soleil – Techniques solaires passives et modèles de maisons », Société
canadienne d’hypothèque et de logement, 1998
« Maisons saines – Conseils pratiques », Société canadienne d’hypothèque et de
logement, 2002
« L’Observateur du logement au Canada », Société canadienne d’hypothèque et de
logement, 2006
« Maison passive », Passiv Haus Institut, 2007
« Guide de l’architecture bioclimatique », Alain Liébard et André DE Herde, Architecture et
climat, Systèmes solaires, 2003
« L’énergie solaire thermique au Québec », Ministère des ressources naturelles,
Gouvernement du Québec, 1997
« Les systèmes photovoltaϊques – Guide de l’acheteur », Ressources naturelles Canada,
1995
« Répertoire de l’industrie photovoltaϊque canadienne », Ressources naturelles Canada,
1998
« Chauffer à moindres coûts », Damien De Halleux, Université Laval, Colloque sur la
serriculture, Montréal, 2005
« Chauffer à moindres coûts », Damien De Halleux, Université Laval, Colloque sur la
serriculture, Montréal, 2005
« Economic Instruments for On-Site Renewable Energy Applications in the
Residential/Farm Sector », PEMBINA Institut, 2007