Difficile d'associer énergie solaire et environnement enneigé dans l'esprit des personnes cherchant à installer du solaire sur leur propriété. Il peut d'ailleurs sembler totalement absurde d'investir dans des installations solaires dans des régions avec un fort taux d'enneigement, sachant que d'autres alternatives renouvelables peuvent tirer avantage de conditions climatiques un peu plus extrêmes comme l'éolien. Ainsi, énergie solaire et neige peuvent sembler contradictoires et non fonctionnelles quand il s'agit d'optimiser la production électrique d'un système solaire, aussi bien pour des projets commerciaux que résidentiels.

Cependant, cette incompatibilité n'est en fait qu'une ''croyance'' qui peut être démentie avec de simples adaptations du système et quelques principes clés à respecter.

Défis liés à la neige

De nombreux défis apparaissent dans des environnements nordiques comme le Québec, le Canada, et le nord des États-Unis. Ces défis sont multiples et doivent en général être pris en compte simultanément, sous-entendant que les différents facteurs climatiques décrits ci-dessous doivent être pris en compte lors de la conception du système.

Panneaux recouverts par la neige

L'accumulation de la neige sur les panneaux peut entraîner plusieurs problématiques inévitables si le système n'est pas adapté aux conditions :

• Perte énergétique: Un panneau couvert de neige produira par défaut moins d'énergie, voire pas du tout, durant la période où celui-ci est recouvert. Le rendement général du système baisse donc pendant ces périodes. Une étude des chercheurs de l'université de Waterloo parle de jusqu'à 34% de perte d'énergie en raison de la couverture neigeuse dans les climats froids.

• Coût d'entretien: Dans certains cas, lorsque le panneau n'est pas assez incliné, il peut être nécessaire de dégager le panneau manuellement, ce qui peut évidemment entraîner des frais supplémentaires.

• Usure des panneaux et structures: Certains types de supports pour panneaux solaires comptent sur la structure du panneau elle-même pour supporter différents types de contraintes. Un excès de contraintes peut entraîner la courbure du panneau sur le long terme et des problématiques liées aux composants électriques comme le câblage. De plus, les structures en acier soumises à ce genre de contrainte peuvent être sujettes à la corrosion, ce qui peut affaiblir l'intégrité de votre système.

Vents violents

Les précipitations de neige peuvent être accompagnées de conditions météorologiques rudes, comme des vents violents pouvant affecter l'intégrité de votre système. Les charges de vent peuvent entraîner l'usure prématurée des panneaux et des supports, avec l'apparition de fissures ou le détachement de pièces.

Moins de lumière

Les intempéries de neige, comme les blizzards, sont accompagnées par une baisse de la luminosité qui peut entraîner une baisse de la productivité de votre système. Les systèmes hors réseau qui dépendent des installations avec batterie ont tout à gagner d'une plus grande productivité et d'un rendement optimisé lors des périodes à plus grande luminosité.

Début de solution: Toits plats et panneaux solaires dans un environnement enneigé

L'une des situations dans lesquelles les environnements enneigés et nordiques peuvent poser problème pour les systèmes solaires se trouve être les toits plats. Que ce soit pour une toiture d'usine ou pour une maison, les structures et panneaux solaires sur toits plats présentent un défi de taille pour faire face aux différentes conditions climatiques, tout en répondant aux contraintes imposées par la structure du bâtiment.

En effet, comme indiqué dans son nom, les toits plats ne sont pas optimaux pour évacuer la neige et ne favorisent pas l'écoulement de celle-ci. De plus, ces systèmes sont en général ultra exposés aux intempéries de toute sorte, de par la hauteur du bâtiment sur lequel le système est construit, et se retrouvent donc totalement à découvert. Enfin, les toits plats sont sujets à des contraintes (au même titre que les toits inclinés) en ce qui concerne la répartition des charges et le respect des normes d'ingénierie.

Surélever ses panneaux

Une première action qui peut sembler évidente mais contre-intuitive au vu de ce que propose le marché actuellement est de surélever le système pour éviter que la neige ne couvre les panneaux par accumulation sur la membrane du toit. Ainsi, des panneaux solaires posés sur des supports assez hauts pour compenser un certain niveau de précipitation de neige laissent une marge de manœuvre au système pour être en mesure de continuer à produire de l'énergie après de fortes précipitations de neige.

Il existe d'autres possibilités dans le cas où des précipitations supérieures à la moyenne nécessiteraient un déneigement manuel. Il est en effet possible de déneiger le toit plus facilement lorsque l'espace entre le panneau et la membrane du toit est plus conséquent.

Rigidité des structures

Dans la continuité de ce qui a été décrit dans les paragraphes précédents, une structure surélevée peut impliquer une plus grande prise au vent et donc nécessiter des adaptations. L'une d'elles consiste à donner à son système solaire une certaine rigidité en utilisant des rackings (structures solaires) en rails qui permettent de concevoir un système dans son ensemble et de lier les panneaux solaires entre eux. Cette rigidité permet de mieux résister aux charges de vent et de mieux contrôler les forces auxquelles le système fera face.

De plus, les rackings qui supportent les contours des panneaux solaires permettent à ces derniers de supporter la charge supplémentaire que peuvent induire de fortes précipitations de neige tout en conservant la forme du panneau sur la durée. Certains panneaux solaires peuvent en effet se déformer sur la durée avec la répétition de charges supplémentaires sur ces derniers.

Température des panneaux

Un enjeu dans la création d'un système et dans son rendement est la température des panneaux. Ces derniers ont tendance à chauffer mais fonctionnent mieux à des températures inférieures à 25°C (77°F). Ainsi, la productivité des panneaux peut être optimisée dans des environnements froids et enneigés à condition que les panneaux soient à découvert. La surélévation mentionnée précédemment permet donc aussi au panneau de ne pas être recouvert tout en permettant la circulation de l'air et le refroidissement du système. La productivité électrique est donc décuplée. La prise au vent, qui a été compensée par la rigidité du système, devient donc un avantage certain pour la productivité de l'installation.

Inclinaison du support

Plus d'élévation apporte de nombreux avantages comme mentionné précédemment. L'inclinaison des panneaux est un avantage qui peut aussi découler de la surélévation. L'inclinaison peut en effet être utilisée dans un contexte de support solaire pour toit plat lorsqu'il y a un enjeu d'écoulement de la neige. La chaleur produite par le panneau, couplée à l'inclinaison de celui-ci, peut servir à faire s'écouler la neige tombée en abondance sur la surface du panneau.

Optimisation bifacial

Un aspect souvent négligé mais pourtant décisif dans le milieu reste le gain bifacial. En combinant les éléments précédemment cités : surélévation du racking, rigidité de celui-ci, minimisation de la température des panneaux et en inclinant de façon adéquate la structure selon la latitude, il est possible d'optimiser le gain bifacial du système dans un environnement enneigé.

Comment ? Grâce à l'effet albédo.  En utilisant la force de réflexion de la neige tombée au sol et en combinant les éléments précédemment cités, on se retrouve avec un système qui tire avantage de la réflexion de la lumière sur la neige et qui produit jusqu'à 25 % d'énergie supplémentaire avec la face arrière du panneau.

Finalement, la neige : une contrainte?

Il peut être tentant de définir la neige comme une contrainte contre laquelle il n'est pas possible de lutter, impliquant que certaines régions comme le nord des USA ou le Québec ne sont pas adaptées pour le déploiement d'infrastructures solaires. Cependant, nous avons démontré qu'en appliquant une certaine philosophie dans la conception d'un système photovoltaïque sur toiture plate, il est possible de tirer avantage de la neige et d'en faire une force sans pour autant porter atteinte à l'intégrité des panneaux solaires.