ENERCONCEPT TECHNOLOGIES INC.

Le préchauffage solaire de l’air :

Pour une adoption à grande échelle au Québec

Christian Vachon,ing., M.Sc.

Mémoire déposé dans le cadre de la

Commission sur les enjeux énergétiques du Québec

Thetford Mines 05/09/2013

Le chauffage solaire de l’air est une source d’énergie économique et éprouvée, dans un climat comme le Québec, et qui souscrit aux objectifs de la baisse des importations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre (GES). Installé sur plusieurs centaines d’entreprises, son déploiement à grande échelle pourrait être réalisé grâce à des programmes d’achat d’énergie thermique aussi bas que 7 cents/kWh.

Table des matières

Introduction ................................................................................................................ 2

1. Les technologies solaires disponibles .................................................................... 3 Les panneaux PV .................................................................................................................................... 3 Les chauffe-piscines ............................................................................................................................... 3 Chauffe-eaux solaires domestiques ....................................................................................................... 3

Chauffage solaire de l’air : plus de 100,000 m2 en service en 2013........................................3

Quelques installations à Thetford Mines (lieu de présentation du mémoire) ........................4

2. Le préchauffage solaire: la source d’énergie la moins chère au Québec? ............... 4

Économique dans toutes les applications, surtout industrielles ...........................................6

3. Outil de simulation fiable, éprouvé et impartial .................................................... 7

Simulations : entre 2ȼ et 4ȼ par kWh thermique ..................................................................7

Le Québec : conditions gagnantes pour le chauffage solaire de l’air .....................................8

4. Avantages d’une adoption à grande échelle ......................................................... 9 4,1. Convergence absolue des objectifs ................................................................................................ 9 4.2. Création d’emplois au Québec (fabrication et installation) ............................................................ 9 4.3. Valeur éducationnelle ..................................................................................................................... 9 4.4. Technologie verte ........................................................................................................................... 9 4.5. Amélioration de la qualité d’air et contrôle d’humidité ................................................................. 9 4.6. Baisse des émissions de GES et crédits carbone ........................................................................... 10

5. Une adoption à grande échelle au Québec .......................................................... 10 5.1. Reconnaissance du chauffage solaire de l’air dans la politique énergétique québécoise ............ 10 5.2. Création d’un cadre réglementaire adéquat et incitatif ............................................................... 10 5.3. Programmes et incitatifs à zéro coût pour le contribuable .......................................................... 10 5.4. Programme de rachat d’énergie à 7ȼ/kWh ................................................................................... 11

Le préchauffage solaire de l’air : pour une adoption à grande échelle au Québec

Introduction La technologie du préchauffage solaire de l’air ou des « murs solaires » a été introduite au Québec au début des années 1990 et on compte aujourd’hui plusieurs centaines de PME, industries, institutions et fermes agricoles qui possèdent un mur solaire et qui économisent des millions de m3 de gaz, de litres de propane ou de mazout à chaque année. C’est, en regard de la superficie installée, la forme d’énergie solaire la plus répandue au Québec. Malgré cela, le chauffage solaire de l’air demeure inconnu de la population et absent des discussions sur les thèmes de l’énergie, que ce soit sur le plan politique ou dans la presse en général. Qui plus est, le préchauffage solaire est le plus rentable parmi toutes les sources d’énergie renouvelable dans un climat comme le nôtre. Par unité d’énergie produite, il est moins cher que le solaire photovoltaïque et le chauffage solaire de l’eau et l’éolien, mais aussi moins cher que le mazout, le propane ou le gaz naturel. Ce fait doit maintenant être reconnu par tous. En outre, le préchauffage solaire de l’air remplit tous les objectifs recherchés dans la future politique énergétique du Québec1:

• Réduction des émissions de gaz à effet de serre; • Développer les énergies renouvelables émergentes en favorisant le développement et

l’innovation;

• Favoriser l’efficacité énergétique dans tous les secteurs et pour toutes les sources d’énergie pour le développement des régions;

• Assurer à long terme la sécurité et la diversité des approvisionnements énergétiques du Québec.

Ce mémoire a donc un but multiple :

• dissiper le paradoxe de la technologie la plus répandue et la moins connue chez nous; • présenter les avantages indéniables et les arguments en faveur du préchauffage solaire; • proposer des méthodes simples et peu coûteuses pour son adoption à grande échelle.

La disposition des rubriques de ce document suit la présentation faite lors de la séance du

5 septembre 2013, 19h00, à Thetford Mines

1 http://consultationenergie.gouv.qc.ca/pdf/PresentationCEEQ.pdf

1. Les technologies solaires disponibles Les principales technologies solaires disponibles au Québec sont actuellement

• Les panneaux solaires photovoltaïques; • Les chauffe-eaux solaires domestiques (capteurs plans et tubes sous vide); • Les chauffe-piscines solaires; • Les murs solaires à air chaud.

Les panneaux PV Parmi toutes les technologies solaires disponibles sur le marché, la première application qui vient à l’esprit pour la plupart des gens est le photovoltaïque, i.e. les panneaux qui transforment la lumière du soleil en électricité. Ces panneaux servent à charger les batteries dans les chalets éloignés, à alimenter les panneaux de signalisation sur les routes, les tours de communication dans les territoires du Nord, les bateaux, les véhicules récréatifs, etc., et jouissent d’une bonne notoriété. Ce sont d’ailleurs les panneaux photovoltaïques que l’on voit normalement dans les coupures de presse et à la télé. Ils fascinent par leur aspect bleuté et ont encore la réputation d’être encore chers même si leur prix a drastiquement baissé depuis vingt ans2.

Les chauffe-piscines Certains autres connaissent les chauffe-piscines, ces panneaux de polymère noir sur les toits des maisons, qui allongent considérablement la saison de la baignade et des barbecues.

Chauffe-eaux solaires domestiques D’autres encore connaissent les chauffe-eaux domestiques qui préchauffent une partie de l’eau chaude de consommation. Bien que la défunte Agence de l’efficacité énergétique ait conduit un projet pilote en 2010, celui-ci n’a pas connu de succès et aujourd’hui, les ventes ne sont que de quelques dizaines de systèmes par an. Peu dans la population ont entendu parler des murs solaires, bien que la plupart des architectes et ingénieurs québécois les connaissent.

Chauffage solaire de l’air : plus de 100,000 m2 en service en 2013 De l’extrémité nord de la province (Salluit) aux confins de l’Estrie, plus de 70,000 m2 de capteurs solaires à air ont été installés au Québec par Énerconcept. Au total, on compterait certainement plus de 100,000 m2 dans la province, considérant les installations réalisées par d’autres fabricants. Ces installations vont du simple système résidentiel de 4 m2 aux larges pans de mur industriels qui peuvent parfois atteindre plus de 2,500 m2. Bien qu’il soit très difficile et arbitraire d’évaluer la superficie installée des autres technologies solaires, les données publiées par Ressources naturelles Canada et Cansia (l’Association des industries solaires du Canada), permettent de croire que le chauffage solaire de l’air est la technologie la plus répandue dans la province, toujours selon le point de vue de la superficie installée. Toujours selon ces mêmes sources, le Canada est d’ailleurs devenu le premier pays au monde où il s’est installé plus de capteurs thermiques à air que de capteurs à eau en 2011.

2 www.cansia.ca

Situation géographique de plusieurs des systèmes de chauffage solaire installés par Enerconcept

au Québec

Quelques installations à Thetford Mines (lieu de présentation du mémoire) Dans le simple but de démontrer qu’il y a des installations partout en province, des photos de quelques projets réalisés dans la ville même où ce mémoire a été présenté à la Commission le 5 septembre 2013, ont été présentées. Il faut ajouter que l’Agence de l’efficacité énergétique administrait un programme qui finançait jusqu’à 75% des dépenses d’un projet d’efficacité énergétique si celui-ci remplaçait des combustibles comme le mazout ou le propane, i.e. hors du réseau de Gaz Métro, entre 2009 et 2011. Thetford Mines n’étant à cette époque pas reliée au réseau de gaz naturel, beaucoup d’entreprises de la municipalité avaient alors bénéficié de ce programme.

2. Le préchauffage solaire: la source d’énergie la moins chère au Québec?

De février 2011 à mai 2013, la performance de 4 types différents de collecteurs solaires à air a été mesurée afin de vérifier leur rendement relatif à divers débits d’air, et ce sur toute l’année durant. L’expérience a été réalisée sur les bâtiments du Centre des technologies du gaz naturel (CTGN) à Boucherville.

Collecteurs solaires à air testés pendant plus de 2 ans (2011-2013)

au Centre des technologies du gaz naturel à Boucherville, Qué.

Les données mesurées ont été à toutes fins pratiques identiques aux résultats des simulations énergétiques des logiciels de Ressources naturelles Canada3. On a, entre autres, montré que les collecteurs à air montés sur murs de briques accumulent la chaleur pendant les heures d’ensoleillement et la restituent pendant la soirée et la nuit subséquente. Les données économiques indiquent que les technologies solaires à air affichent un rendement différent à chaque projet, dépendant largement de la période d’utilisation (mois/an; jours/semaine; mois/an) et des températures désirées. On distingue ainsi dans l’évaluation économique du CTGN

• les projets industriels (procédés utilisant la chaleur 12 mois par année, 24 heures sur 24);

• les projets institutionnels (tel un gymnase d’école) et • les projets commerciaux (comme un entrepôt).

Coût de production de l’énergie de préchauffage solaire

pour les trois scénarios pour une durée de vie de 25 ans

3 Simulations sur Retscreen faites par Énerconcept Technologies – n’engage en rien le CTGN

0,00

0,01

0,02

0,03

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Gymnase d'école Entrepôt Bâtiment industriel

Coût

de

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($/k

Wh)

Coût du gaz naturel: 0,0496$/kWh

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air d

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2 )

CAVP-briqueCAVP-noirCAVP-blanc

CMP

Dans chacun des cas, les collecteurs à absorbeur noir ont un coût de production qui atteint 2 ou même 1 cent le kilowattheure. C’est beaucoup plus que le coût du gaz naturel, alors que celui-ci a même atteint son niveau le plus bas depuis des décennies en raison de l’arrivée sur notre réseau des gaz de schiste du nord-est des États-Unis4.

Économique dans toutes les applications, surtout industrielles Après installation, un système de chauffage solaire de l’air produit de la chaleur gratuitement pendant les 25 années subséquentes, sans entretien. Dans la réalité du marché cependant, un propriétaire doit débourser entièrement le coût d’acquisition de son équipement solaire pour ensuite récupérer son investissement avec les économies de combustible annuelles et récurrentes de son capteur solaire. Sans subvention, la PRI (période de retour sur investissement), qui est toujours relative au combustible remplacé, varie entre 5 et 20 ans. Dans le secteur privé, la PRI acceptable ne dépasse pas les 3 ans, 2 ans ou même 1 an selon les cas, car la dépense requise en capitaux a beaucoup de concurrence au sein de l’entreprise (achat de machines, matériel de production, informatique, etc). Or, les dépenses en énergie devraient entrer dans la colonne des frais d’exploitation. C’est donc pourquoi : Un équipement de production d’énergie devrait au moins pouvoir s’amortir sur sa période de

vie utile, qui dans ce cas-ci est d’au moins 25 ans.

En effet, les barrages d’Hydro-Québec, dont les travaux de construction sont amortis sur plusieurs décennies, nous permettent de bénéficier de l’un des meilleurs tarifs d’électricité sur le continent. Il en est, bien entendu, de même pour le réseau de conduites de Gaz Métro. Si l’on extrait de l’étude les cas d’application industrielle simulés avec les résultats obtenus et que l’on amortit les coûts d’installation des capteurs solaires sur 25 ans, on obtient que le coût de l’énergie solaire produite par les collecteurs solaires à air est de moins de 4$/GJ, alors que le gaz naturel, au point de livraison, coûte près de 14$/GJ. Cela se fait avec des collecteurs actuellement disponibles et homologués sur le marché, sans efforts de recherche et développement. Concrètement, cela signifie que le Québec, au moyen d’un programme dynamique d’implantation massive de préchauffage solaire, a déjà la technologie et le savoir-faire pour implanter à grande échelle une technologie qui permettra de réduire ses émissions de gaz à effet de serre tout en tirant des bénéfices financiers. Notons au passage que ce sont deux firmes québécoises qui ont développé les meilleurs collecteurs solaires au monde en terme d’efficacité thermique, avec chacune le meilleur facteur de performance homologué et enregistré sur les listes de la CSA (Canadian Standards Association).

4 L’arrivée massive de gaz naturel de schiste depuis 2008 en a considérablement fait baisser les prix, rallongeant ainsi les périodes directes de retour sur investissement des systèmes de chauffage solaire.

Voir: www.csa-international.org Classe no: 8854-01

1. Enerconcept Technologies de Magog - Collecteurs à air en boucle ouverte – Facteur de

performance de 1,29 (le deuxième meilleur au monde a un FP de 1,04) 2. MC2 Énergie de Sutton – Collecteurs à air en boucle fermée – Facteur de performance de

1,12 (le deuxième meilleur dans le monde a un FP de 0,99)

3. Outil de simulation fiable, éprouvé et impartial Tout projet de chauffage solaire n’est pas nécessairement économique et rentable. Afin de bien identifier ceux qui le sont, un instrument de calcul fiable, impartial et accepté par toutes les parties (propriétaires, promoteurs, fournisseurs d’énergie, banques et institutions financières) doit être disponible. Un tel instrument a été créé par Ressources naturelles Canada : le logiciel Retscreen. Retscreen est un logiciel qui peut être téléchargé par tous sur www.retscreen.net, qui a déjà fait ses preuves à travers le monde et qui permet de bien évaluer tous les projets de production d’énergie renouvelable ou d’efficacité énergétique incluant, bien sûr, le préchauffage solaire de l’air. Une banque de collecteurs testés et homologués y est incluse, de sorte que plusieurs types de capteurs provenant de différents fabricants peuvent y être simulés. En outre, ce logiciel contient une base climatologique de plus de 4,000 endroits dans le monde. Au cours des années 1990, Ressources naturelles Canada a effectué le monitoring de plusieurs projets de chauffage solaire et les résultats mesurés ont permis la validation des calculs faits sur le logiciel. Cette convergence permet donc à tout ingénieur ou spécialiste en énergie de simuler les situations et applications les plus rentables sur le plan économique.

Simulations : entre 2ȼ et 4ȼ par kWh thermique Toujours en utilisant ce même outil logiciel, tout ingénieur ou professionnel du bâtiment pourra faire ses propres validations pour tout type de projet. Soulignons ici encore une fois que le chauffage solaire de procédés peut, en milieu industriel à Montréal, produire de l’énergie thermique au taux de 2,0 ȼ/kWh. Pour le secteur institutionnel dans les bâtiments ayant des

besoins de ventilation et de chauffe élevés (universités, hôpitaux, etc.), ce taux demeure bas, soit aux environs de 3,4 ȼ/kWh.

Résultats de simulations financières pour deux scénarios de chauffage de l’air

dans les secteurs industriel et institutionnel

Le Québec : conditions gagnantes pour le chauffage solaire de l’air Les deux conditions nécessaires pour qu’il y ait un potentiel intéressant de chauffage solaire de l’air dans un climat donné sont :

1) des besoins de chauffe importants sur une longue saison, et 2) des conditions d’ensoleillement hivernales adéquates.

Positionnement du Québec parmi d’autres villes nordiques du monde, avec le

rayonnement solaire hivernal entre octobre et avril et les degrés-jours de

chauffe

Or, le Québec est bien nanti dans les deux situations, comme le graphique ci-haut l’indique, particulièrement par rapport à d’autres villes nordiques bien connues. Les villes du Québec se situent donc dans la « zone payante » définie ici dans le cadre orange.

4. Avantages d’une adoption à grande échelle

4,1. Convergence absolue des objectifs Deux des principaux objectifs de la prochaine politique énergétique québécoise sont la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la diminution des importations de combustibles fossiles. Le chauffage solaire de l’air pourvoit clairement à ces deux objectifs, puisque les équipements disponibles et répandus pour le chauffage de l’air frais sont toujours alimentés au gaz ou au propane ou dans des cas plus rares, au mazout, mais ne fonctionnent presque jamais à l’électricité. Chaque application concrète de chauffage solaire de l’air remplace donc des combustibles fossiles et en baisse ainsi les importations.

4.2. Création d’emplois au Québec (fabrication et installation) Le Québec compte déjà au moins trois des fabricants les plus importants au monde de système de chauffage solaire de l’air. L’installation dans les secteurs industriel et institutionnel se fait avec des entrepreneurs locaux en bâtiment et fait appel à des experts en revêtement, en ventilation et en contrôles automatisés. La fabrication des autres types de collecteurs solaires, à eau chaude et photovoltaïques, se fait de façon automatisée et optimisée à l’étranger, principalement en Chine et en Allemagne. Un programme d’adoption à grande échelle, tout en étant très souhaitable, favoriserait dans ces cas une fabrication étrangère. Les collecteurs à air d’Énerconcept et de quelques autres sont de fabrication québécoise et il est important pour le Québec de conserver ces acquis par la stimulation d’un marché domestique fort.

4.3. Valeur éducationnelle L’implantation de systèmes de chauffage solaire dans tout établissement institutionnel ou éducatif recèle une valeur éducationnelle évidente et indéniable. Le cas spécifique des écoles primaires est encore plus probant.

4.4. Technologie verte Les bâtiments dits verts et durables sont de plus en plus en vogue et le préchauffage solaire s’inscrit comme l’un des choix les plus naturels et visibles (points LEED, etc.)

4.5. Amélioration de la qualité d’air et contrôle d’humidité Outre les considérations économiques et environnementales évoquées, les systèmes de chauffage et de ventilation solaire permettent d’améliorer la qualité de l’air intérieur et de baisser le taux d’humidité, des caractéristiques particulièrement souhaitables dans notre parc d’écoles primaires.

4.6. Baisse des émissions de GES et crédits carbone De concert avec la Californie, le Québec s’est engagé sur la voie de la bourse et l’échange de crédits carbone. Sur une installation typique, chaque 10 m2 de collecteur en fonction réduit de près d’une tonne par an l’émission de CO2. Au cours de sa vie utile de plus de 25 ans, c’est donc 2,5 tonnes de réduction pour chaque m2 installé.

5. Une adoption à grande échelle au Québec

Nous estimons essentiel que le chauffage solaire de l’air s’inscrive comme un des éléments essentiels et prioritaires dans le cadre de la prochaine politique énergétique de la province. Pour ce faire, on doit faire en sorte que le Québec adopte un programme de diffusion intensive du chauffage solaire de l’air. Voici quelques éléments essentiels pour y parvenir qui, dans certains cas, ne coûtent rien au contribuable québécois.

5.1. Reconnaissance du chauffage solaire de l’air dans la politique énergétique québécoise

Le texte issu de la dernière consultation sur la politique énergétique de 1995 ne comportait que de maigres et vagues commentaires sur l’énergie solaire en général. À la lumière des arguments en faveur du chauffage solaire exposés dans ce mémoire, il est clair que le Québec devrait dès maintenant insérer ce mode de production d’énergie propre et très rentable comme un élément incontournable de la prochaine politique.

5.2. Création d’un cadre réglementaire adéquat et incitatif

• Tout architecte ou ingénieur devra obligatoirement considérer le chauffage solaire pour les bâtiments dès leur phase de conception, particulièrement pour les bâtiments institutionnels et gouvernementaux;

• Éliminer toutes les entraves administratives relatives à l’obtention de permis de construction lorsqu’il est question de capteurs solaires;

• Intégration du chauffage solaire dans les codes et réglementations reliés aux bâtiments québécois.

5.3. Programmes et incitatifs à zéro coût pour le contribuable

Nous proposons un fond dans lequel les entreprises québécoises versent une quote-part relative à leur consommation d’énergie de source fossile. Ces contributions vont constituer un fond qui sera administré par un organisme (agence) qui redistribuera, sous formes d’incitatifs et de programmes, aux entreprises qui désirent faire l’installation de murs solaires. C’est ce que faisait, de 2003 à 2012, le Fonds en efficacité énergétique de Gaz Métro.

Cette mesure, qui demeure neutre du point de vue des entrées et sorties du budget du gouvernement, génère l’atteinte des objectifs de la politique énergétique à coût nul pour le contribuable.

5.4. Programme de rachat d’énergie à 7ȼ/kWh

Alors que les programmes ontariens de rachat d’énergie solaire photovoltaïque assurent au promoteur de 40¢ à 80¢/kWh pour l’énergie photovoltaïque et le Québec fait de même pour l’éolien au coût de 11¢/kWh, nous proposons un tel programme pour le chauffage solaire. Un taux de 7¢/kWh, qui correspond au coût moyen de l’électricité payé par les citoyens du Québec, serait indiqué. Ce taux est ainsi assez bas pour être accepté socialement par les québécois et forcerait les promoteurs de chauffage solaire à :

• Trouver les meilleures opportunités de marché; • Assumer les risques financiers; • Trouver les économies d’échelle possibles; • Stimuler la recherche de solutions efficaces.

Un tel programme va stimuler la venue d’investissements d’entreprises qui y verront une opportunité d’affaires à long terme. Ce programme devrait, tout comme le fait l’Ontario, exiger une part de contenu québécois pour la fabrication des collecteurs, des composantes ainsi que de l’installation. Le savoir-faire québécois en la matière ainsi généré pourra également devenir exportable et générer des revenus supplémentaires pour la province.