LE SOLEIL COMME SOURCE D'ÉNERGIE
TECHONOLOGIES PHOTOVOLTAÏQUES
«Le flux d’énergie solaire reçu annuellement sur Terre représente environ 10 000 fois la consommation d’énergie mondiale et représente probablement le plus gros potentiel de production à l’horizon 2050. Une partie de l’énergie peut être convertie directement en électricité par des capteurs solaires : c’est l’énergie photovoltaïque.» (Cauquil, 2009, p.273)
Le développement du projet Kangas fera preuve de solutions novatrices pour les emplois, les services ou les logements, mais également pour la réduction de l’empreinte en émission de carbone. L’utilisation de l’électricité solaire fera partie intégrante du projet puisque l’aménagement du quartier ainsi que l’orientation des bâtiments sont faits de manière à avoir un impact significatif sur la production de ce type d’énergie. L’intégration de nouvelles technologies photovoltaïque est, selon les gestionnaires du projet Kangas, une solution d’avenir. Cela permettra d’utiliser la source d’énergie la plus sûre et renouvelable tout en ayant une incidence importante sur les coûts de l’électricité. En effet, au cours des dernières années, le coût des panneaux solaires a chuté, ce qui en fait une solution beaucoup plus intéressante et rentable.
POURQUOI À KANGAS ?
L’utilisation de l’énergie solaire en Finlande est surtout possible entre mars et septembre, période au cours de laquelle les radiations solaires sont plus longues et plus fortes. Toutefois, dû aux les conditions météorologiques, il ne faut pas considérer que le rayonnement direct, mais également le rayonnement diffus. Celui-ci représente plus de 40% de l’éclairage récupéré pour la production annuelle d’électricité photovoltaïque. La neige est d’ailleurs un très bon réflecteur et augmente le rayonnement dirigé vers les panneaux lorsque le soleil est plus bas.
L'intégration des solutions photovoltaïques est également tout à fait cohérente avec l'objectif d'un quartier écologique et durable.
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Graphique illustrant les heures de luminosité
par les auteurs (2015)
STRATÉGIE D'IMPLANTATION
Une importante étude préliminaire a été menée par l’entreprise Jyväskylä Energia OY ainsi que l’Université de Göteborg afin de développer une variété de possibilités d’intégration des panneaux photovoltaïques, mais également de déterminer la position optimale et de mesurer le rendement de ces derniers. L’institution universitaire a développé un logiciel de calcul capable de donner une estimation du potentiel de production d’électricité solaire selon la hauteur du bâtiment, l’ombrage possible sur la toiture ainsi que les rayons directs et les rayons diffus. De nombreuses décisions d’aménagement ont ensuite été prises suite aux résultats de ces recherches. En effet, la planification du projet a été faite en fonction d’une orientation, d’une volumétrie et d’une hauteur de bâtiment qui permettent un rendement optimal.
La principale conclusion est que l’effort visant à maximiser la production d’électricité solaire à prix abordable se fait surtout par la configuration des toitures. L’angle d’inclinaison des toitures a, en effet, un impact considérable sur le potentiel de production d’énergie solaire. Les concepteurs du secteur Kangas ont pris en compte cette donnée et se sont efforcés de créer des angles dans les toitures afin d’obtenir davantage de surfaces optimales pour la réception de rayons lumineux. L’inclinaison de 30 à 40 degrés augmente de cinq fois le rendement par rapport au toit plat. Les pans de toiture inclinés doivent également être orientés au sud afin de bénéficier de la meilleure lumière et on doit éviter toutes zones d’ombres créées par les bâtiments environnants et/ou la végétation.
Comparaison des rayonnements et des ombrages portés en été et en hiver
par les auteurs (2015)
Quelques informations supplémentaires
Selon une étude menée par le «Solar and Daylighting Laboratory» de l’Université Concordia, il y a de nombreux avantages à utiliser les panneaux solaires comme une partie de l’enveloppe du bâtiment :
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Permet d’économiser de matériaux : les panneaux photovoltaïques ont une très bonne durée de vie. Celle-ci est meilleure que celle-ci des toitures normales.
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Génère de l’électricité directement à la source de consommation : évite le transport de l’électricité et les grilles de distribution
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Ne nécessite pas d’espace additionnel : approprié à l’environnement urbain ou l’espace est manquant et le prix des terrains élevé
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Pas de parties amovibles : pas de bruit et maintenance minimum
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Système de ventilation : un système de ventilation peut être ajouté au panneau afin de récupérer la masse d’air chaud qui se forme en dessous de celui-ci et le propulser dans la maison. Cela peut être utilisé comme chauffage intérieur tout en améliorant la performance du panneau en le gardant à température plus fraiche.
L’intégration de panneaux photovoltaïques sur les toits implique toutefois quelques contraintes :
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L’orientation : l’orientation des bâtiments doit faire partie du plan d’aménagement initial afin de maximiser le rendement des panneaux photovoltaïques
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La neige ou le manque de luminosité : un système électrique doit être prévu pour substituer à l’énergie solaire lorsqu’il y a une accumulation de neige et trop peu de rayons lumineux
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L’intégration esthétique : au niveau visuel, l’intégration des panneaux doit avoir été réfléchie, car ceux-ci sont apparents et ont un impact sur le paysage urbain.
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La fonctionnalité : la disposition des systèmes techniques et des batteries de stockage reliées aux panneaux ne doivent pas être sur la toiture et un espace doit être prévu à l’intérieur des bâtiments.
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Les ombres : Le plan d’aménagement doit prévoir les ombres portées des autres bâtiments et de la végétation. La disposition des arbres doit être prévue selon leur croissance. Les arbres doivent être plantés selon l’orientation de leur ombrage ou à une distance suffisante des bâtiments.
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La charge thermique : les bâtiments orientés au sud pour maximiser le potentiel d’énergie solaire devront être conçu de manière à contrôler la charge thermique en été. Des balcons en saillie ou des loggias pourraient aider à tempérer le bâtiment.
Athienitis, Andreas K. et José A. Candanedo. 2010. « Building Integration of Photovoltaic Systems in Cold Climate ». Solar and Daylighting Laboratory, Department of Building, Civil and Environmental Engineering. Montréal (Canada): Université Concordia, 10p.
APPLICATION AU PROJET KANGAS
Plan des toitures
Persola Aki et Eila Landenperä (2013)
Isométries d'un bloc type
par les auteurs (2015)
La planification du secteur Kangas prévoit quatre différents types de bâti ainsi que différentes méthodes pour munir la plupart de ceux-ci des pans de toiture inclinés vers le sud. Un peu moins de la moitié de la surface des toits du projet est orientée de manière optimale pour la production de l'énergie solaire. L’image ci-haut illustre comment les blocs de construction peuvent être conçus de telle sorte que leur forme et la configuration de leur toit puissent permettre une meilleure utilisation de l'énergie solaire.
Données du potentiel d'énergie solaire
Persola Aki et Eila Landenperä (2013)
En bleu, les surfaces recevant les panneaux solaires
Persola Aki et Eila Landenperä (2013)
Malgré les bienfaits écologiques de ce type d’installations, les panneaux photovoltaïques sont très visibles à cause de leur fini plus lustré, et ce, surtout à partir des quartiers avoisinants. L’intégration esthétique doit donc avoir été réfléchie afin de se faire harmonieusement. Dans ce projet, afin d’unifier les toitures, on prévoit utiliser un revêtement de tôle sur les pans de toit sans panneau. Cela diminuera le contraste entre le brillant des panneaux et la couleur sombre des toitures régulières.
Bibliographie :
DELEUIL, Jean-Michel. 2009. « Éclairer la ville autrement : innovations et expérimentations en éclairage public ». METIS Lyon Tech. Études urbaines. Lausanne (Suisse) : Presses polytechniques et universitaires romandes, 295p.
CAUQUIL, Jean-Rémy. 2009. «La première centrale photovoltaïque dédiée à l’éclairage public» (chapitre 15) dans : DELEUIL, Jean-Michel. 2009. « Éclairer la ville autrement : innovations et expérimentations en éclairage public ». METIS Lyon Tech. Études urbaines. Lausanne (Suisse) : Presses polytechniques et universitaires romandes, 295p.
ATHIENITIS, Andreas K. et José A. Candanedo. 2010. « Building Integration of Photovoltaic Systems in Cold Climate ». Solar and Daylighting Laboratory, Department of Building, Civil and Environmental Engineering. Montréal (Canada): Université Concordia, 10p.
PERSOLA Aki et Eila Landenperä. 2013. « Kankaan Alueen Aurinkokaavaselvitys ». Gaia Innovative Solutions for Sustainability. En document PDF. 37p.