Panneaux solaires en hiver au Québec : neige et froid

Combien produit un système solaire selon la saison dans Lanaudière ?

Selon Hydro-Québec, chaque kilowatt installé au Québec produit en moyenne environ 1 200 kWh par année. Pour Joliette, l'outil PVGIS du Centre commun de recherche de la Commission européenne arrive au même ordre de grandeur. Avec 1 kW orienté plein sud, incliné à 35° et 14 % de pertes système, il estime environ 1 220 kWh par année.

La répartition est inégale. Juillet est le meilleur mois, avec environ 138 kWh par kW, et décembre le plus faible, avec environ 50 kWh. Décembre, janvier et février fournissent environ 16 % de la production annuelle, et l'été (juin à août) environ 33 %. Le printemps (mars à mai) compte pour environ 30 %, et l'automne pour environ 21 %.

Ces estimations ne tiennent pas compte de la neige. Ressources naturelles Canada précise aussi que ses valeurs mensuelles sont données à titre indicatif et ne tiennent pas compte de la couverture de neige. Le bilan d'un système se fait donc sur l'année entière, pas sur un mois d'hiver.

Neige et froid à Joliette : les données climatiques

Selon les normales climatiques 1981-2010 d'Environnement et Changement climatique Canada (station Joliette-Ville), il tombe en moyenne 206 cm de neige par année. Décembre et janvier en reçoivent chacun environ 51 cm. L'épaisseur moyenne de neige au sol atteint 48 cm en février. La température moyenne quotidienne de janvier est de −11,6 °C.

Autrement dit, les panneaux seront couverts de neige par moments chaque hiver. Mais les mois les plus enneigés sont aussi ceux où l'ensoleillement est le plus faible. L'effet sur le bilan annuel est donc plus petit qu'on pourrait le croire.

Combien d'énergie la neige fait-elle perdre ?

Une étude du National Renewable Energy Laboratory (NREL, États-Unis) a mesuré des systèmes au Colorado et au Wisconsin (Marion et coll., 2013, Solar Energy). La neige y a causé jusqu'à 90 % de pertes certains mois, mais seulement 1 % à 12 % de la production annuelle. Les Sandia National Laboratories rapportent une fourchette semblable dans la littérature : de 1 % à 12 % par année, selon l'endroit et la météo.

Une équipe de recherche a suivi un banc d'essai en Ontario pendant deux hivers (Andrews, Pollard et Pearce, 2013, Solar Energy). Ses conclusions : les pertes dépendent de l'inclinaison et de la technologie des modules, et les anciennes méthodes de prévision surestimaient les pertes dues à la neige.

Comment les panneaux se débarrassent de la neige

Des panneaux lisses et inclinés perdent leur neige par glissement, surtout quand le soleil ou le redoux les réchauffent. Plus l'angle est prononcé, plus la neige part vite. Les chercheurs de Sandia étudient d'ailleurs l'effet de l'angle, du type de surface et du cadre des modules (avec ou sans cadre) sur ce déneigement naturel.

Un toit plat ou une faible inclinaison retient la neige plus longtemps. Il faut en tenir compte dès la conception, par le choix de l'angle et de la hauteur des structures.

Le froid améliore le rendement

Les cellules photovoltaïques sont plus efficaces au froid. Selon Hydro-Québec, une baisse de 10 °C de la température augmente la production de 3 % à 7 %. Une journée froide et ensoleillée de février, avec de la neige au sol, peut donc donner de très bons résultats par rapport à l'ensoleillement reçu.

Modules bifaciaux et albédo de la neige

Un module bifacial capte aussi, par sa face arrière, la lumière réfléchie par le sol. La neige fraîche réfléchit beaucoup : Sandia a mesuré un albédo de 0,80 ou plus en hiver au Vermont, contre environ 0,25 pour le gazon. Dans ce projet, sur un suiveur à deux axes, les modules bifaciaux ont produit jusqu'à 91 % de plus que des modules monofaciaux certains mois d'hiver. Pendant les mois sans neige, le gain allait jusqu'à 13 %.

Ces résultats viennent d'une installation au sol sur suiveur. Sur un toit résidentiel, où la face arrière voit peu le sol, le gain est beaucoup plus faible.

Charge de neige sur le toit et vérification de la structure

Au Québec, le chapitre Bâtiment du Code de construction reprend le Code national du bâtiment du Canada 2015, avec des modifications propres au Québec. Les charges de neige y sont traitées à la sous-section 4.1.6. Les valeurs de base pour chaque localité sont dans le tableau C-2 de l'annexe C. Elles comprennent une charge de neige au sol (Ss), fondée sur une épaisseur de neige qui revient en moyenne une fois tous les 50 ans, et une charge de pluie (Sr), parce que la pluie sur la neige produit souvent les charges les plus lourdes.

Les panneaux ajoutent du poids et changent la façon dont la neige s'accumule et glisse. Avant l'installation, il faut vérifier que la charpente convient, idéalement avec une évaluation par un ingénieur. Selon la Régie du bâtiment du Québec (RBQ), des fissures aux murs intérieurs, des portes qui coincent, des craquements ou un plafond qui se déforme sont des signes de surcharge.