Formation Bâtiment Durable :

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1 Formation Bâtiment Durable : Systèmes d énergie renouvelable (SER): conception et régulation Bruxelles Environnement Le photovoltaique Stéphane Barbier Pulsis

2 Objectif(s) de la présentation Comprendre la technologie photovoltaïque Potentiel de la technologie à Bruxelles Pouvoir (pré)dimensionner une installation et connaitre les outils disponibles Points d attention Suivi et monitoring d une installation Les aides financières actuelles et futures 2

3 Plan de l exposé 1. L énergie solaire 2. Technologie photovoltaïque 3. Eléments de choix 4. Mise en œuvre 5. Dimensionnement 6. PEB 7. Investissement 8. Aides financières (futures) 9. Cahier des charges 10. Régulation et entretien 11. Le futur 12. Outils, sites internet, 3

4 kwh 1. L énergie solaire Source : energieplus-lesite.be Source : energieplus-lesite.be Rayonnement solaire global sur une surface d'1 m², inclinée à 45, pour une Année Type Moyenne en Belgique +/ kwh/m² Jan Fév Mars Avr Mai Juin Juil Août Sep Oct Nov Déc Source : energieplus-lesite.be 4

5 1. L énergie solaire Source : solarpraxis.com Source : ecoenergy L ensoleillement annuel en Belgique est en moyenne de 1000 kwh/m 2 L orientation optimale est le plein sud et l inclinaison recommandée 35 5

6 2. Technologie photovoltaïque Watt-crête (Wc) puissance électrique maximale fournie dans des conditions standard de test: - un ensoleillement de W/m 2 ; - une température des panneaux de 25 C ; - une répartition spectrale du rayonnement dit AM 1.5 Wattheure (Wh) 1Watt-heure énergie consommée ou délivrée par un système d une puissance de 1 Watt pendant une heure. Silicium polycristallin 6

7 2. Technologie photovoltaïque Surface correspondant a 1kWc Monocristallins à haute performance (6 à 9 m2) Rendement : 12 à 20% Polycristallins (7,5 à 10 m2) Rendement : 11 à 15% Silicium amorphe (14 à 20 m2) Rendement 5 à 7% 7

8 2. Technologie photovoltaïque Panneaux Monocristallins Cellules en silicium cristallin - PV Monocristallin Un seul cristal de grande dimension. Cellules d'un bleu uniforme. - rendement de 12% à 20% - ratio Wc/m 2 (~150 Wc/m 2 ) densité de production intéressante Source : energieplus-lesite.be 8

9 2. Technologie photovoltaïque Panneaux Monocristallins Cellules en silicium cristallin - PV Polycristallin Plusieurs cristaux. Mosaïque de cristaux de taille, de forme et d orientations différentes. Cellules carrées. - rendement, de 11% à 15% - ratio Wc/m2 (~100 Wc/m2) Source : energieplus-lesite.be 9

10 2. Technologie photovoltaïque Panneaux Monocristallins Cellules en couches minces Pose sous vide sur une fine couche uniforme composée d un ou de plusieurs matériaux semi-conducteurs. - Cellule au silicium amorphe Le semi-conducteur est du silicium. - fonctionne avec un éclairement faible ou diffus, intégration sur support souple ou rigide, Faible rendement en plein soleil (5% à 7%), surfaces plus importantes à production équivalente au silicium cristallin - CdTe, CIGS,etc.. Nouveaux concepts 10

11 2. Technologie photovoltaïque Panneaux Monocristallins Cellules en couches minces Pose sous vide sur une fine couche uniforme composée d un ou de plusieurs matériaux semi-conducteurs. - Cellule au silicium amorphe Le semi-conducteur est du silicium. - fonctionne avec un éclairement faible ou diffus, intégration sur support souple ou rigide, Faible rendement en plein soleil (5% à 7%), surfaces plus importantes à production équivalente au silicium cristallin - CdTe, CIGS,etc.. Nouveaux concepts 11

12 2. Technologie photovoltaïque Temps de retour énergétique des panneaux Nombre d années (mois) pour que le capteur produise («rembourse») l énergie nécessaire a sa fabrication Hypothèses variables : Lieu de production Inclus énergie à la fabrication? Transport? Extraction des minerais? Durée de vie Recyclage Résultats variables : moyenne des études entre 19 et 40 mois pour les panneaux avec cellules cristallines Production globale sur la durée de vie entre 8 et 18 fois l énergie nécessaire à la fabrication Source : Hespful, Ademe 12

13 2. Technologie photovoltaïque Installation photovoltaique Sectionneur courant continu Compteur "certificats verts" Applications électriques Courant continu Courant alternatif Tableau Électrique (avec protection différentielle) Générateur photovoltaïque Onduleur Disjoncteur courant alternatif Différentes fonctions de l onduleur : - Transformation DC en AC - Fonction de synchronisation avec le réseau - Recherche permanente du point de puissance maximal (MPP) - Fonction de découplage du réseau Compteur électrique Existant (GRD) Réseau Energie Facteur 4 asbl 13

14 2. Technologie photovoltaïque Installation photovoltaïque FUTUR : batterie domestique tampon Source : Tesla 14

15 2. Technologie photovoltaïque Placement en toiture Toiture inclinée Toiture plate ANCRAGE LESTAGE SYSTÈME D ASPIRATION/DEPRESSION 15

16 2. Technologie photovoltaïque Placement en toiture Toiture plate (modules flexibles) Placement en façade Pose verticale en façade 16

17 3. Elements de choix Labels de qualité Une étude de la production énergétique réelle de 993 installations photovoltaïques placées en 2010 en Belgique montre que, en moyenne, les installations ont une production 15% inférieure à celle d une installation de référence de très haute qualité (orientée de la même manière que l installation réelle et parfaitement conçue et raccodée). Les meilleures installations rivalisent avec une installation de référence, alors que les plus mauvaises s en éloignent de 50%. Ces différences de productivité sont attribuées aux modules, aux onduleurs et aux installateurs (puissance réelle des panneaux inférieure à leur puissance nominale, mauvais cablage, ombrage, poussière, perte thermique, connection AC/DC, ). A côté des productions sous-optimales, les principaux problèmes signalées concernent des défauts d étanchéité et d intégration en toiture. Certification de l installateur : Indispensable de choisir un installateur certifié! 17

18 3. Elements de choix Qualité des capteurs Normes de qualité : IEC et IEC procédure de test pour validation de la tenue dans le temps des capteurs aux intempéries Labels de qualité : AQPV (France), ElioQual (Belgique),TÜV, PVQual (installateurs) Qualité des onduleurs Panneau endommagé après un choc, dégat visible grâce a la technique de l électroluminescence. Source : CSTC 18

19 4. Mise en oeuvre Précautions à l installation EMBALLAGE D ORIGINE : les conserver aussi longtemps que possible dans leur emballage d'origine. L'état de l'emballage permettant généralement de juger les dégâts potentiels subis par les capteurs TRANSPORT : les maintenir attachés lors du transport, afin d'éviter les chocs entre les capteurs et avec les parois du véhicule. L'utilisation du râteau de transport avec un fond en mousse est très efficace CHANTIER : sur le chantier, les déposer bien à plat, à l'écart de l'activité et éviter d'y poser quoi que ce soit. La pose verticale est préférable, mais pas toujours évidente MONTAGE lors du montage en toiture, vérifier que le système de fixation ne déforme pas les capteurs. Il faut privilégier un système de fixation ajustable permettant d'adapter la position des fixations en fonction de la forme ou des défauts de planéité de la toiture et tenant compte de la dilatation thermique 19

20 4. Mise en oeuvre SURTOUT NE JAMAIS : marcher sur les capteurs solaires ou laisser tomber des outils sur ceux-ci les frotter les uns aux autres au niveau des arêtes de cadres les laisser tomber les sangler trop vigoureusement 20

21 5. Dimensionnement Analyse des besoins (électricité) Résidentiel ( <5 kwc) A l heure actuelle basé sur la consummation d électricité annuelle (le compteur qui tourne à l envers). 1kWc : ± 900 kwh de production à Bruxelles (orientation sud) MAIS : tendance à l auto-consummation à moyen terme Moyen Terme : Batterie de stockage et favoriser l autoconsommation Tertiaire (grosses installations >5 kwc) Dimensionnement basé sur l auto-consommation 21

22 5. Dimensionnement Onduleur Attention à la confusion des puissance : DC, AC, crête, Coté générateur (DC) puissance instantanée vs crête Règle générale : dimensionnement onduleur AC = 80% de la puissance DC crête (sous-dimensionnement de maximum 20%). Méthode de calcul disponible dans l info-fiche «dimensionnement» sur le site de l ibge 22

23 5. Dimensionnement Ombrage Un léger ombrage sur un panneau crée un bouchon qui peut affecter l ensemble des panneaux voisins (connection des panneaux en chaine). Source : Bricozone Diminution de l impact en divisant les panneaux en strings distincts 23

24 5. Dimensionnement Importance de l ancrage NBN EN Calculs à effectuer complexe -> utilisation de tables de dimensionnement (cfr Source : CSTC 24

25 5. Dimensionnement Permis d urbanisme A Bruxelles, dispense si : Les panneaux sont non visibles de l espace public Les panneaux sont placés en toiture pour autant qu ils soient incorporés dans le plan de la toiture ou fixés sur la toiture parallèlement au plan de celle-ci. Ils ne peuvent pas présenter une saillie de plus de 30 cm ni de débordement par rapport aux limites de la toiture Source : IBGE 25

26 6. PEB Impact des énergies renouvelables sur le niveau Ew, consommation d énergie de l habitation en construction neuve ou rénovation lourde 12point Ew pour les maisons 2,3,4 façades Jusqu à 20 points Ew pour les appartements Source : Région Wallonne «faire mieux que les exigences réglementaires» 26

27 Investissement [EUR/Wc] 7. Investissement 3 2,5 2 1,5 1 0, Puissance [kwc] 5 kwc Source : PV Calc 27

28 7. Investissement Certificats Verts Octroyés Nombre de certificats verts octroyé (date de mise en service postérieure au 02/08/2013) Octroi de certificats verts # de CV/MWh 1 CV pour la production de Revenus financiers PRIX MARCHE (CV à 85 ) Toutes tailles 2,4 CV / MWh 417 kwh 204 /MWh Validité des CV : 5 ans Durée d obtention des CV: max. 10 ans après mise en service (possibilité d extension dans certaines situations) 28

29 7. Investissement Exemple résidentiel Installation 4kWc Production annuelle : kwh Economie financière : 3,600 kwh x 0,20 = 720 3,6 CV octroyés, vendus pour 82 soit 300 Coût d installation : 8500 (environ 2 /Wc) TRS environ 8,5 ans Ensuite : revenus CV de 300 /an pour encore trois années supplémentaires et économie d énergie pour 13 années. 29

30 7. Investissement Exemple résidentiel Installation 4kWc Production annuelle : kwh Economie financière : 3,600 kwh x 0,20 = 720 3,6 CV octroyés, vendus pour 82 soit 300 Coût d installation : 8500 (environ 2 /Wc) TRS environ 8,5 ans Ensuite : revenus CV de 300 /an pour encore trois années supplémentaires et économie d énergie pour 13 années. 30

31 7. Investissement Exemple résidentiel (simulateur Apere) Installation 4kWc Production annuelle : kwh Economie financière : 3,600 kwh x 0,20 = 720 3,6 CV octroyés, vendus pour 82 soit 300 Coût d installation : 9000 (environ 2,2 /Wc) TRS environ 8,5 ans Ensuite : revenus CV de 300 /an pour encore trois années supplémentaires et économie d énergie pour 13 années. 31

32 7. Investissement Exemple résidentiel Cfr : simulateur financier photovoltaique 32

33 7. Investissement PV Calc (simulateur grandes installations) Calculateur Excel téléchargeable en ligne sur le site de BE Fonction : pré-dimensionnement d installations photovoltaïques Application : Résidentiel et Tertiaire Objectif : évaluer la faisabilité technique, économique et environnementale de l installation Résultats Ordres de grandeur surface de capteurs coûts d investissement, économies d'énergie, émissions de CO 2 évitées Utilisateurs : architecte, bureau d études, conseiller PEB, installateur, gestionnaire de bâtiments, responsable énergie, maître d ouvrage, syndic, 33

34 7. Investissement Garantie de résultats Résultat de performance avec formule d amende Amende = ( Garantie de Résultat (an n) * Coefficient d ensoleillement (an n) Production d électricité verte (an n) - Pertes (an n) ) * ( CV + tarif électricité) Vérification de la production réelle par un observateur indépendant de la production réelle comparée à la production espérée. Dans le cas d une carence de production, le propriétaire de l installation reçoit une compensation financière L avantage de ce type de contrat de garantie est multiple : il offre l assurance d un revenu garanti ne dépendant plus que de l irradiation et il permet dès le début de la relation entre le client et l installateur d établir un cadre garantissant une grande qualité dans l exécution de l installation. En effet, 80% des problèmes de performance des installations sont dues à des erreurs humaines. 34

35 8. Aides financières (futures) le futur des certificats verts en 2018 (rtbf) Le système actuel d'aides aux propriétaires bruxellois de panneaux solaires photovoltaïques va changer. C'est une décision du Conseil d'etat qui l'exige. Le CE estime qu'on ne peut pas profiter deux fois d'un même avantage. La Région bruxelloise réfléchit donc aux modifications à apporter. Il n'en fallait pas moins pour éveiller les craintes. [ ] En effet, dans la capitale, contrairement aux deux autres Régions, les producteurs d'énergie verte disposent d'un compteur à double flux, pas d'un compteur qui tourne à l'envers. En 2018, on va faire en sorte que tout sera payant [ ] nous voulons inciter le propriétaire de panneaux à consommer ce qu'il produit au moment où il le produit. C'est le principe de l'auto-consommation instantanée. On le sait, stocker le courant reste peu avantageux. Il vaut dès lors mieux que le particulier consomme quand il produit [ ] Le système devrait évoluer pour encourager l auto-consommation. Pour compenser la perte le nombre de CV devrait être augmenté. RTBF 28 Septembre

36 9. Cahier des charges Plan d étapes (particuliers) Guide administratif et technique pour l installation de panneaux photovoltaiques [IBGE] 1. Analyse du bâtiment (besoins, toiture, exposition, ) 2. Choix d un fabricant/installateur 3. Placement et raccordement au réseau 4. Demande de certificats Verts Auto-consommation? 36

37 9. Cahier des charges Plan d étapes (grandes installations >5kWc) Guide administratif et technique pour l installation de panneaux photovoltaiques [IBGE] 1. Analyse du bâtiment (besoins, toiture, exposition, ) /!\ Evaluation de l auto-consommation 2. Choix d un fabricant/installateur 3. Permis d urbanisme 4. Placement et raccordement au réseau 5. Demande de certificats Verts 37

38 10. Régulation et entretien Suivi de production (Monitoring) P2P : Maintenance Préventive Inspection visuelle Nettoyage des panneaux (poussières, neige) Controle régulier de l onduleur Controle régulier du cablage et tableaux électriques 38

39 11. Le futur Stockage Electrique Rendement des capteurs Systèmes hybrides Photovoltaique et Thermiques Combinaison avec Pompe à chaleur Source : sbenergy Réseau électrique intelligent (smart grid) Source : ecosource.info 39

40 11. Outils, sites internet, etc intéressants : Sites Web IBGE Solaire thermique : Apere : et (guide des énergies renouvelables) IBGE Guide Batiment durable : G_ENE11 Intégrer des installations pour la production d'électricité renouvelable Outils PVCalc (Grosses installations, cfr site BE) (Petites installations) (Simulateur Apere pour petites installations) CSTC Calcul au vent de l ancrage des structures capteurs solaires CSTC Contact N 40 et 42 : Manutention et montage des capteurs photovoltaiques Certification des installateurs Qualiwall REScert 40

41 Références Guide Bâtiment Durable et autres sources : Guide Bâtiment Durable: Fiches G_ENE11 Intégrer des installations de production d électricité renouvelable 41

42 Ce qu il faut retenir de l exposé Le photovoltaïque reste un investissement financièrement intéressant à Bruxelles Choisir des capteurs performants et un installateur certifié Importance du dimensionnement Privilégier l auto-consommation Suivi de production/entretien 42

43 Contact Stéphane Barbier Ingénieur Conseil Coordonnées : stephane.barbier@pulsis.be 43