Scénarios possibles pour les incitatifs

Le programme écoÉNERGIE pour le chauffage renouvelable étudie différentes possibilités pour le payement d’incitatifs. Le document de travail préparé par Marbek décrit et évalue cinq possibilités :

• incitatifs proportionnels aux coûts (statu quo)
• incitatifs en fonction de la surface installée en capteurs solaires — capteurs ayant un rendement énergétique minimum (en kWh/m²/jour)
• incitatifs en fonction de la surface installée en capteurs solaires — et basés sur le facteur de rendement énergétique
• incitatifs en fonction de l’énergie produite estimée
• incitatifs en fonction de l’énergie produite mesurée

Mis à part le statu quo, les possibilités présentées dans le document de travail envisagent principalement des incitatifs financiers calculés en fonction de la surface totale des capteurs, sous condition d’un rendement énergétique minimum ou de facteurs de rendement énergétique minimum, ou de l’énergie produite (estimée ou mesurée). Deux des solutions proposées nécessitent le calcule du rendement énergétique des capteurs. RNCan a préparé cet article pour servir de base à une discussion sur la manière de déterminer les facteurs de rendement énergétique.

Contexte pour la méthodologie

Le programme écoÉNERGIE pour le chauffage renouvelable ne s’applique qu’aux capteurs solaires conformes à la norme F378 de l’Association canadienne de normalisation (CSA) ou à une norme équivalente. Les essais auxquels sont soumis les capteurs pour déterminer s’ils sont conformes aux normes canadiennes, ou à d’autres normes (américaines ou européennes) sur la sécurité et la durabilité permettent également de déterminer leur efficacité en matière de rendement énergétique et de recueillir les données fournies par le modificateur de l'angle d'incidence qui peuvent être utilisées pour estimer l’énergie fournie dans presque toutes les conditions d’exploitation. La méthodologie utilisée pour estimer le rendement énergétique des capteurs solaires chauffe-eau ou chauffe-air est décrite ci-après.

Méthodologie pour l’estimation des rendements énergétiques

Le rendement énergétique des capteurs solaires est mesuré et caractérisé, dans le cadre des normes canadiennes, américaines et européennes, par des équations linéaires du premier ou du second degré qui donnent le rendement (η_capteur ) en fonction d’un paramètre opérationnel égal au quotient de la différence de température entre le capteur et l’air ambiant (T_c-T_a) par le flux d’énergie solaire incident (G). Cette relation linéaire peut par exemple s’écrire :

Dans cette équation, le paramètre A représente le rendement optique et B est un coefficient de déperdition calorifique. La valeur de ces deux paramètres est déterminée au cours d’essais.

Une valeur représentative du rendement énergétique de chaque capteur peut être déterminée de la façon suivante :

Capteurs chauffe-eau vitrés (capteurs à panneau plat et capteurs à tubes sous vide) : Des essais normalisés permettent de déterminer l’équation donnant le rendement de chaque capteur ainsi que les données fournies par le modificateur de l'angle d'incidence. Ces données sont alors utilisées pour calculer l’énergie fournie par le capteur durant une journée « normale » (normalisée), telle que définie dans la norme F379 du CSA. En intégrant l’énergie recueillie sur l’ensemble de la journée, cette méthode permet de tenir compte de la variation de rendement du capteur en fonction de l’intensité et de l’angle d’incidence du rayonnement solaire alors que le soleil décrit sa trajectoire apparente dans le ciel. La feuille de calcul électronique utilisée pour effectuer ces calculs a été préparée par le personnel du Centre national d'essais d'équipements solaires pour l’Annuaire canadien de la technologie des systèmes solaires thermiques de l’Association des industries solaires du Canada. Pour chaque capteur chauffe-eau vitré (avec panneaux plats ou avec des tubes à vide), on détermine le rendement énergétique en calculant la moyenne de l’énergie produite par le capteur (kWh/m²/jour) pour des écarts de températures de 20°C et 50°C¹. L’écart de températures de 20°C a été choisi comme représentatif des conditions estivales tandis que l’écart de 50°C reflète les conditions hivernales.

Capteurs chauffe-eau non vitrés : Des essais normalisés permettent de déterminer l’équation donnant le rendement de chaque capteur ainsi que les données fournies par le modificateur de l'angle d'incidence. Ces données permettent de calculer le rendement énergétique (kWh/m²/jour) pour une journée « normale », avec une différence de températures de 5°C et un vent de 2,5 m/s — soit des conditions estivales typiques pour le chauffage de l’eau d’une piscine.

Capteurs vitrés pour le chauffage de l’air : Le rendement énergétique des capteurs vitrés pour le chauffage de l'air est calculé à l’aide de la méthode exposée pour les capteurs chauffe-eau vitrés.

Capteurs non vitrés pour le chauffage de l’air : Des essais normalisés visant à déterminer le rendement énergétique des capteurs non vitrés pour le chauffage de l’air sont effectués à 900 W/m², un débit d’air de 4 pi³/min/pi² (normalisé) et un vent de 1,3 m/s. Ces conditions d’exploitation ont été choisies comme typiques de l’utilisation de cette technologie pour le préchauffage de l’air de ventilation et elles ont été utilisées pour calculer le rendement énergétique de chaque capteur.

Facteur de rendement et taux d’incitatif

Dans chacun des cinq groupes technologiques (chauffe-eau vitrés à panneau plat, chauffe-eau vitrés à tubes sous vide, chauffe-eau non vitré, chauffe-air vitré et chauffe-air non vitré), le « facteur de rendement » de chaque capteur est obtenu en divisant son rendement énergétique par le rendement énergétique maximum atteint dans son groupe. Le taux d’incitatif pour un capteur est alors le produit de son facteur de rendement par le taux d’incitatif du groupe auquel il appartient.

Le tableau ci-joint donne les rendements énergétiques et les facteurs de rendement énergétique correspondant pour les capteurs qui ont été analysés. Dans le cas des capteurs qui ont été acceptés pour le programme écoÉNERGIE pour le chauffage renouvelable au vu des essais européens de rendement thermique, les équations donnant l’efficience (en fonction de T_moyenne-T_ambiante) sont ajustées pour tenir compte de la norme américaine (fonction de T_entrée – T_ambiante) avant l’application de la méthodologie décrite ci-dessus.