Technologies de systèmes photovoltaïques thermiques intégrés au bâtiment prêts à utiliser

Promoteur principal : Montréal ZÉRO Inc.
Lieu : Montréal (Québec)
Contribution de l’Initiative : 560 000 $
Total du projet : 788 000 $

Contexte du projet

Un capteur à système photovoltaïque thermique intégré au bâtiment (BIPVT) extrait la chaleur ainsi que l’électricité de ses modules photovoltaïques. En extrayant activement la chaleur de ses modules et en abaissant ainsi leur température, le capteur à BIPVT réduit les pertes liées à la température et améliore l’efficacité des modules. La chaleur supplémentaire extraite peut être ainsi utilisée soit directement pour chauffer le bâtiment si la température du liquide extrait du capteur est suffisamment élevée, soit au moyen d’une thermopompe. En outre, un capteur à BIPVT peut également incorporer des amplificateurs thermiques. Les amplificateurs thermiques sont essentiellement des unités solaires thermiques à air intégrées au capteur, en amont des modules photovoltaïques, qui augmentent davantage la température du fluide caloporteur avant qu’il ne soit tiré par l’aval vers les autres composants du BIPVT.

En 2007, Montréal ZÉRO a été parmi les douze candidats retenus lors du premier appel de propositions pour l’Initiative de démonstration de maisons durables EQuilibriumMC, lancé par la Société canadienne d’hypothèques et de logement. Cette initiative avait pour but de favoriser la construction de douze maisons de démonstration à consommation énergétique nette zéro partout au Canada. L’équipe Montréal ZÉRO a construit la maison à consommation énergétique nette zéro Alstonvale à Hudson, au Québec. Cette maison était dotée d’un BIPVT à air complexe, mais quelque peu mal conçu, comportant des composants sur mesure et commerciaux ainsi que des sous-ensembles expérimentaux tels que des amplificateurs solaires thermiques à air. Les difficultés liées à la modélisation, la conception, l’approvisionnement, le montage et à l’installation du BIPVT ont mis en évidence le besoin de combler d’énormes lacunes technologiques pour que la technologie de BIPVT soit réalisable. L’équipe Montréal ZÉRO a proposé à cette fin le projet « Technologies de systèmes photovoltaïques thermiques intégrés au bâtiment prêts à utiliser » pour financement dans le cadre de l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. Une somme de 560 k$ a été attribuée au projet pour la mise au point d’un capteur photovoltaïque thermique intégré au bâtiment qui soit robuste, facile à installer et adapté aux climats froids, modulaire et extrêmement souple afin de tenir compte des aléas des conditions sur le site.

Résultats

Vue détaillée du capteur à BIPVT posé sur le toit

Vue détaillée du capteur à BIPVT posé sur le toit
Le capteur, installé sur un toit incliné à 45 °, incorpore les modules photovoltaïques ainsi que les amplificateurs thermiques. Ce capteur a pour but de produire toute la chaleur nécessaire pour chauffer les pièces et l’eau chaude domestique ainsi que l’électricité requise par une maison à haut rendement.

Image agrandie

L’équipe Montréal ZÉRO a mis au point et déployé un prototype du capteur photovoltaïque thermique intégré au bâtiment prêt à utiliser à air (BIPVT) pour les applications sur le mur et le toit. En mars 2017, le prototype des capteurs a été soumis à des essais de rendement sur deux structures d’essai hors réseau au Centre de recherche Stornoway, au Québec, un sur un mur et l’autre sur un toit incliné à 45 °. Le groupe de BIPVT posé sur le toit a été installé sur la structure plus d’essai principale. Il s’agissait d’une structure faite sur mesure équipée des autres composants élaborés du système afin de maintenir l’effet de serre important à une température minimale de 5 °C. Le BIPVT posé sur le toit comprenait 21 modules photovoltaïques et 14 amplificateurs thermiques. L’ensemble des 35 panneaux (chaque panneau mesurant approximativement 1 m sur 1,6 m et pesant 20 kg environ) et les substrats ont été installés sur la grande structure d’essai à l’aide d’un appareil de levage mécanique, et ce, en trois jours. Un conteneur d’expédition a été modifié pour la structure plus petite d’essai secondaire et a été équipé d’un groupe de BIPVT posé sur le mur et d’un chauffe-eau expérimental à thermopompe muni d’un BIPVT.

Les prototypes du BIPVT utilisent de l’air par opposition à du liquide comme substance de transfert thermique. Un capteur à BIPVT liquide ou un capteur à BIPVT réfrigérant à pression élevée et ses nombreux raccords de tuyauterie inévitables sont susceptibles à des fuites. Cependant, un système à air est plus volumineux qu’un système liquide, car il doit être équipé de conduits d’air. En outre, un système à air est moins efficace qu’un système liquide en raison de la nature de la substance du transfert thermique. Ceci étant dit, les systèmes à air sont plus tolérants et plus robustes.

Vue d’ensemble des structures d’essai du BIPVT

Vue d’ensemble des structures d’essai du BIPVT
text description:  Les structures permettent la mise à l’essai de capteurs à BIPVT sur un mur vertical ainsi que sur un mur incliné à 45 °.

Image agrandie

De plus, il a fallu concevoir, obtenir et installer des BIPVT équilibrés, construits sur mesure (en aval des capteurs) afin de faciliter les essais des prototypes de capteurs, ce qui représentait un défi de taille en ce qui a trait au système principal connecté au capteur installé sur le toit. Le système principal et le système secondaire étaient autonomes pour la production thermique alors que la production d’électricité a été obtenue au moyen d’un seul banc de batteries et d’un onduleur.

Avantages pour le Canada

Le projet a permis de faire progresser la mise au point des systèmes photovoltaïques thermiques intégrés au bâtiment (BIPVT) pour les climats froids. Un BIPVT efficace, efficient et abordable pouvant fournir toute la chaleur pour le chauffage des pièces et de l’eau des maisons et l’électricité requise pour une maison à rendement élevé pourrait devenir le Saint-Graal du secteur de l’habitation à faible consommation d’énergie et à consommation énergétique nette zéro au Canada.

Prochaines étapes

Poursuivre la surveillance et l’évaluation du rendement du prototype des systèmes. Continuer de rationaliser l’équilibre du BIPVT afin de le simplifier et de le rendre plus robuste. Déployer le capteur à BIPVT ainsi que l’équilibre optimisés dans une petite maison d’essai et suivre son rendement.

 

Pour en apprendre davantage