LES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES SUR LES COUVERTURES

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1 CANADIAN ROOFING CONTRACTORS ASSOCIATION ASSOCIATION CANADIENNE DES ENTREPRENEURS EN COUVERTURE Prom. Don Reid Ottawa, Ontario K1H 1E1 Tél: 800/ / Télécopieur: 613/ Site web: Courriel: Volume 57 Bulletin technique Novembre 2010 LES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES SUR LES COUVERTURES Étant donné le désir d arriver à l autosuffisance énergétique au moyen d une «énergie propre», la production d énergie solaire a augmenté en moyenne de plus de 20 pour cent chaque année depuis 2002, devenant ainsi la technologie de production d énergie qui connaît la croissance la plus rapide au monde. Les subventions gouvernementales et la possibilité de vendre les surplus de production aux réseaux électriques ont incité les propriétaires de bâtiments à installer leurs propres systèmes de production d électricité ou à louer leurs couvertures à des compagnies qui font la vente et l exploitation de systèmes hélioélectriques photovoltaïques (PV). Les couvertures à faibles pentes, qui constituent une forte proportion de la superficie urbaine, sont souvent considérées comme des plates-formes idéales pour les installations solaires. La plupart du temps, il s y trouve peu d obstacles, avec une bonne exposition au soleil, ce qui fait que les installations solaires sur les toits signifient un usage efficace de l espace. Toutefois, il faut tenir compte d un grand nombre de facteurs avant de décider si une couverture est appropriée. Sans une planification soignée, on risque non seulement de voir s évaporer les chances d obtenir un bon rendement sur les investissements consacrés à l énergie solaire, mais également de subir des pertes financières considérables et de nuire à la performance de la couverture sur laquelle on a installé un système de ce genre. Il existe deux types courants de systèmes PV conçus pour installation sur les couvertures : des réseaux solaires montés sur des supports rigides et des systèmes PV intégrés collés directement sur la surface de la couverture. Le présent bulletin porte sur les systèmes montés sur des supports, étant donné que la technologie actuelle et les conditions climatiques du Canada ont limité l utilisation des systèmes collés. Fonctionnement L énergie photovoltaïque provient de cellules contenant un matériau photovoltaïque solaire qui transforme les rayons du soleil en courant électrique continu. Les cellules solaires utilisent la lumière du soleil pour produire de l électricité pouvant servir à faire fonctionner du matériel ou être entreposée dans une pile afin de fournir de l électricité quand les cellules n en produisent pas. On peut utiliser un onduleur pour transformer un courant continu en courant alternatif et ainsi produire de l électricité reliée au réseau. De cette façon, le propriétaire du bâtiment peut produire et utiliser de l énergie solaire pendant la journée et livrer son surplus directement au réseau du service d utilité public. Même si les systèmes PV fonctionnent mieux sous la lumière directe du soleil, certaines technologies PV produisent de l électricité quel que soit le type de lumière qui atteint le panneau. Les opinions exprimées ici sont celles du Comité technique national de l'acec. Le présent Bulletin technique est distribué dans le but de porter à l'attention des lecteurs des informations concernant les couvertures. Les données, commentaires opinions et conclusions, selon le cas, n'ont pas pour but de fournir au lecteur des conseils techniques définitifs, et ce dernier ne devrait pas prendre de décisions fondées uniquement sur le contenu du présent Bulletin technique, sans obtenir les conseils précis de professionnels, d'ingénieurs ou d'architectes. Ni l'acec, ni aucun de ses responsables, administrateurs, membres ou employés, n'assume de responsabilité pour l'information sur les couvertures contenue dans le présent bulletin, ou pour les conséquences d'une interprétation faite par le lecteur à partir de cette information. 1

2 Techniques de montage Il y a trois façons principales d attacher les panneaux solaires montés sur des supports rigides. La première se fonde sur de attaches à l ossature portante qui pénètrent la couverture. Cette méthode réduit les charges permanentes imposées à l ossature et permet au concepteur de stipuler les surcharges. Elle offre le plus grand nombre de choix concernant l inclinaison des réseaux permettant de produire la plus grande quantité d énergie. Elle offre également une plate-forme de niveau pour les panneaux solaires. La deuxième méthode utilise du lest pour fixer les panneaux. Le poids du réseau, du système de supports et du matériau additionnel servant de lest sert à empêcher l arrachement sous l action du vent et la dislocation avec les autres charges. L avantage de cette méthode est le nombre moins élevé des pénétrations à travers la couverture dont il faut assurer l étanchéité. Les inconvénients comprennent une charge permanente accrue, une inclinaison limitée des réseaux en fonction de la surcharge due au vent et la difficulté d aménager une plate-forme de niveau pour les réseaux à cause du système d écoulement des eaux de la couverture. La troisième méthode combine des éléments des deux premières. Elle comporte un nombre limité d attaches à l ossature portante devant traverser la couverture et une certaine utilisation de lest. Le principe général de cette méthode est moins il y a d attaches, plus il faut de lest, et vice-versa. Risques et dangers FM Global a constaté plusieurs facteurs de risque importants dont il faut tenir compte pour l évaluation des installations solaires, notamment : la combustibilité; l arrachement sous l effet du vent et les modes de fixation; les charges imposées à la couverture; l écoulement des eaux; la résistance aux dangers naturels. Combustibilité Toutes les cellules PV doivent avoir fait l objet d essais et être répertoriées par un laboratoire d essai reconnu. Selon les codes du bâtiment et de la prévention des incendies les plus récents, leur résistance au feu doit être au moins équivalente à celle de la couverture sur laquelle on les installe. La norme la plus généralement reconnue pour les panneaux PV est UL 1703, Standard for Flat-Plate Photovoltaic Modules and Panels. Cette norme fait référence à UL 790, Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings, qui sert à établir la résistance au feu des matériaux de recouvrement de couvertures exposés à des sources d incendie simulées provenant de l extérieur d un bâtiment sur lequel les matériaux doivent être installés. Cet essai est semblable à celui qui est stipulé dans CAN/ULC-S107-10, Méthodes normalisées d essai de résistance au feu des matériaux de couverture, dont il est fait référence dans le Code national du bâtiment du Canada. L installation sur une couverture d un réseau PV pourrait affecter la façon dont cette couverture réagit à un incendie, parce que les panneaux se trouvent près de la couverture, donnant lieu à une rétroaction thermique, en plus de l effet de soufflerie susceptible de se produire dans certaines conditions entre le panneau et la couverture. Charges imposées à la couverture Dans le cas des systèmes neufs, on doit tenir compte de la charge additionnelle provenant des panneaux solaires au moment de la conception de l ossature du bâtiment. S il s agit d une rénovation, il est capital de s assurer que le 2

3 système de couverture possède une capacité de charge suffisante pour supporter les panneaux et toutes les charges additionnelles, notamment les charges permanentes provenant du réseau PV et du matériel connexe, ainsi que les surcharges provoquées par le vent, la neige, la pluie et les secousses séismiques. Les charges dues au vent sont un antre facteur important. Les rebords et les angles d une couverture subissent des charges dues au vent plus fortes que le centre. Il faut donc porter une attention additionnelle à l ossature se trouvant plus près des bords de la couverture. La charge due au vent peut exercer un impact considérable sur les caractéristiques des réseaux PV, notamment l angle d inclinaison, l emplacement du réseau et la méthode d attache utilisée. Le protocole d essai décrit dans la norme A123.2 de la CSA, Méthode d'essai normalisée de la résistance dynamique à l'arrachement sous l'action du vent des systèmes de couverture à membrane a été utilisé avec succès pour déterminer la résistance au vent des systèmes PV dans des conditions de charge dynamique. Une autre variable dont il faut tenir compte est la surcharge provenant de la neige. Les réseaux PV montés à un angle par rapport à la surface de la couverture distribuent la neige de diverses façons. La neige aura tendance à se déplacer latéralement sur la couverture et à s accumuler vers l arrière des modules, accroissant ainsi la surcharge. Il est également possible que les réseaux retiennent la neige pendant une tempête et la laissent tomber quand le soleil revient, ce qui accroît la surcharge concentrée du côté avant des réseaux. Il faut également inclure les charges séismiques dans le calcul de l ossature. Écoulement des eaux La conception d une installation solaire sur une couverture doit aussi tenir compte de l écoulement des eaux, afin d éviter que le système PV ne devienne un obstacle. Les canalisations électriques, les pénétrations servant à attacher le support rigide et les autres éléments du système PV risquent de nuire à l écoulement des eaux et compromettre la performance de la couverture. Résistance aux dangers naturels Il faut aussi tenir compte de la résistance des panneaux solaires aux impacts. La grêle ou les débris transportés par le vent risquent d endommager les panneaux qui ne sont pas suffisamment solides, exigeant de coûteuses interruptions de fonctionnement et des frais de remplacement. DANS LE CAS DE LA COUVERTURE État de la couverture Il faut toujours que les couvertures soient en bon état pour qu on installe des systèmes PV. À quoi bon installer un système PV devant durer trente ans sur une couverture dont la vie utile doit se terminer dans cinq ou dix ans? Quand viendra le moment de remplacer la couverture, il faudra peut-être enlever tout le système PV afin de faciliter les travaux, pour ensuite le réinstaller. Sur les bâtiments existants, cela signifie vérifier l âge de la couverture et la durée restante des garanties. Il faudra également inspecter la couverture afin de déceler les contraintes, les dommages ou autres problèmes existants. Il faudra réparer les endroits où l eau s accumule, ainsi que les rebords de la couverture et les détails des solins avant de pouvoir installer un système PV. Plusieurs fabricants responsables de systèmes de couverture joignent leurs forces à des intégrateurs du domaine des systèmes solaires et offrent maintenant des 3

4 assemblages prêts à recevoir les systèmes PV conformes aux exigences strictes concernant la performance d une couverture en ce qui concerne l installation d un système PV. Si possible, au moment de l installation de panneaux solaires sur une couverture, on devrait communiquer avec l entrepreneur en couverture original, ou avec un autre entrepreneur approuvé par le fabricant, afin de s assurer que la couverture est en bon étant avant d entreprendre les travaux. L entrepreneur en couverture et le fabricant des systèmes de couverture doivent être présents pendant toute la durée de l installation, afin de s assurer qu il n y pas de dommages à la couverture et que tous les travaux de couverture ont été réalisés conformément aux instructions des fabricants et des pratiques reconnues de la construction des couvertures. Une fois terminée l installation du système PV, il faudra procéder à une inspection complète de la couverture. Les propriétaires de bâtiments doivent être conscients du fait que tout ajout ou modification de la couverture, y compris l installation de matériel, effectué sans avoir d abord obtenu le consentement écrit de l entrepreneur en couverture et/ou du fabricant du système de couverture pourrait donner lieu à une augmentation du coût des garanties ou à leur annulation complète. Un autre facteur important est l usure de la couverture provoquée par l installation du système PV lui-même et par les travaux d entretien nécessaires après l installation. Toute couverture qu on se propose d utiliser comme plate-forme d un système PV doit avoir été conçue pour résister à un niveau accru de circulation pour la construction et l entretien du système. Le revêtement de surface, le système de membrane et l isolant doivent posséder suffisamment de solidité mécanique pour résister à cette circulation additionnelle. On doit toujours prévoir des passerelles au moment de la conception du réseau PV. Elles seront utiles pour l équipe d installation aussi bien que pour les techniciens qui s occuperont plus tard de l entretien. Ces gens porteront probablement des ceintures à outils et transporteront des coffres à outils, par conséquent certaines des passerelles doivent être assez large pour leur permettre de circuler. Les gens doivent pouvoir se dépasser les uns les autres sans endommager le réseau. Quel que soit l espace réservé entre les rangs, c est une bonne idée de prévoir des voies de circulation, afin que les gens ne soient pas tentés de prendre des raccourcis à travers le réseau. On doit concevoir les systèmes PV montés sur des supports rigides de façon à faciliter l entretien de la couverture, les réparations et même le remplacement d une couverture. Il faut donc laisser suffisamment d espace entre les éléments PV et la couverture, les murs, les pénétrations et les autres éléments PV afin de permettre les travaux de réparation, ainsi que l enlèvement et le remplacement d éléments de la couverture au besoin. Il faut reconnaître que l installation d un réseau solaire sur une couverture va affecter considérablement le coût des travaux d entretien futurs, étant donné le nombre plus élevé de pénétrations et de pièces de matériel. S il est nécessaire de réparer la couverture, il faudra peut-être qu un technicien en PV ou un électricien surveillent les travaux afin de garantir l intégrité du système PV. De même, un technicien en couverture doit toujours être présent au moment des opérations d entretien ou de réparation du système PV afin de voir à ce que la couverture ne soit pas endommagée. Conclusion La bonne nouvelle est qu un grand nombre de fabricants reconnus de systèmes de couverture sont en partenariat avec des intégrateurs du domaine des systèmes solaires et offrent maintenant des assemblages prêts à recevoir les systèmes PV, conformes aux exigences strictes de performance de la couverture nécessaires pour l installation d un système PV. L industrie des couvertures entretient un dialogue actif avec l industrie des systèmes PV et la collectivité des architectes afin de mettre au point des normes et des pratiques exemplaires pour les installations solaires sur les couvertures. Par l entremise d associations de couvreurs et d organismes comme le Center for 4

5 Environmental Innovation in Roofing, notre industrie est très impliquée dans la diffusion d information concernant l étude, la conception et l installation de systèmes PV sur les couvertures. Il faut enseigner les moyens appropriés d entretenir et d assurer le bon fonctionnement de la couverture à tout le personnel s occupant de l installation de systèmes PV sur les couvertures. Quelques-uns des organismes du domaine des couvertures et certains entrepreneurs en couverture assurent maintenant une formation à leur personnel quant à la façon de bien imperméabiliser les raccords et les pénétrations et de travailler autour et sous les systèmes PV montés sur les couvertures. On devrait installer des systèmes PV uniquement sur des assemblages de couvertures capables de servir de platesformes pour le système solaire et convenant à la méthode de montage utilisée. L assemblage d une couverture se trouvant sous un système PV doit avoir une vie utile égale ou supérieure à celle qu on attend du système PV, ce qui devrait aider à réduire au minimum les interruptions de service pendant la vie utile du système PV. 5