Alimenter l’Arctique en énergie solaire

Par Michel Carreau | 14 novembre 2019

L’installation de panneaux photovoltaïques pour la production d’énergie solaire croît à un rythme effréné à l’échelle mondiale, en raison des coûts de plus en plus concurrentiels et de la transition vers des sources d’énergie à faible émission de carbone. Bien que l’on accorde une attention particulière aux installations sur les toits et pour les services publics, le coût élevé du transport du carburant vers des régions éloignées constitue l’un des dossiers commerciaux les plus importants pour l’intégration de l’énergie renouvelable à la production d’énergie au diesel en vue de former un système de production d’énergie hybride.

L’installation de panneaux solaires dans l’Arctique présente des défis importants, notamment les températures extrêmement basses, le nombre d’heures d’ensoleillement limité pendant les mois d’hiver et les importantes chutes de neige. Toutefois, il est possible de faire de l’énergie solaire une solution rentable pour les communautés éloignées et les mines dans ces régions. Bien que le soleil de l’Arctique ne soit présent que pendant une courte période durant les mois d’hiver, l’été offre des périodes pouvant aller jusqu’à 24 heures consécutives d’ensoleillement pendant plusieurs semaines. Il y a également beaucoup d’heures d’ensoleillement au printemps et au début de l’automne.

La communauté de Colville Lake, dans les Territoires du Nord-Ouest, et le Centre de recherche du Nunavik à Kuujjuaq, au Québec, ont décidé de profiter de cette solution économique. Ils ont une puissance installée de 136 kW et 50 kW en courant alternatif respectivement.

Les installations de plus grande envergure continuent d’être étudiées et les résultats initiaux indiquent un coût moyen actualisé de l’énergie (comprenant les coûts d’installation, de transport et de mise en service) de 0,20 $/kWh sur une durée de vie de 20 ans. Ce coût est beaucoup moins élevé que celui de la production d’énergie au diesel, qui peut varier de 0,23 $/kWh pour les mines de grande taille et jusqu’à 0,65 $/kWh pour les communautés éloignées.

Puissance de la structure modulaire

La conception modulaire des panneaux solaires et de leur équipement connexe offre la possibilité d’un développement par étapes à moindre risque et permet de réduire les coûts de projet. Tout l’équipement requis pour le projet peut être livré à un chantier éloigné dans des conteneurs d’expédition standard par les routes de transport existantes. Donc, un projet d’énergie solaire à grande échelle implique principalement l’expédition d’un plus grand nombre de conteneurs vers le chantier. Ce n’est pas le cas de l’énergie éolienne, où l’expédition est bien plus complexe.

En plus de simplifier l’expédition et le montage, il est beaucoup plus facile d’obtenir les permis pour l’énergie solaire que pour l’énergie éolienne, et l’énergie solaire est généralement bien acceptée par les communautés d’accueil (acceptabilité sociale). L’évaluation de la ressource solaire est également beaucoup plus simple, car elle n’exige pas une campagne de mesure coûteuse et longue pour déterminer sa faisabilité.

Système de suivi de la position du soleil pour maximiser la production d’énergie solaire

Contrairement aux régions plus près de l’équateur où le soleil passe directement au zénith, le soleil suit l’horizon dans les régions arctiques de hautes latitudes en traçant un cercle plutôt qu’un arc. Il est donc difficile pour les systèmes à panneaux fixes de capter l’abondante production solaire pendant les mois d’été.

Les suiveurs solaires à un ou deux axes orientent les panneaux vers le soleil et maximisent la quantité d’énergie solaire produite en suivant le soleil. Le suiveur solaire à un axe peut modifier l’angle des panneaux afin de suivre latéralement le soleil sur l’horizon ou de suivre les variations de hauteur du soleil au fil des saisons, tandis que le suiveur solaire à deux axes peut s’adapter aux variations horizontales et verticales. À l’aide de ces systèmes, le facteur d’utilisation d’une installation photovoltaïque (rapport entre la production moyenne d’énergie et la production maximale de la puissance installée) peut atteindre 19 % avec un système à un axe et 21 % avec un système à deux axes, comparativement à 14 % pour un système à panneaux fixes.

En fait, l’installation réussie et les essais menés par Cambridge Energy Partners et Solvest à Whitehorse, au Yukon, ont démontré que l’efficacité des panneaux solaires augmentait effectivement à basse température.

Deux côtés valent mieux qu’un

Les panneaux solaires à cellules bifaces, récemment lancés comme produit commercial, permettent de capter la lumière des deux côtés d’un panneau, ce qui est particulièrement intéressant dans l’Arctique, car les rayons solaires sont réfléchis par le sol et la neige. Comparativement aux panneaux ordinaires, la production d’énergie solaire des panneaux à cellules bifaces peut augmenter le facteur d’utilisation jusqu’à 3 % (une augmentation de 23 % en énergie). De plus, l’absorption du rayonnement solaire à l’arrière du panneau produit de la chaleur qui fait fondre la neige sur l’autre côté du panneau plus rapidement que sur un panneau ordinaire, augmentant ainsi la production d’énergie solaire.

Le rendement des panneaux solaires s’améliorera au fil du temps, ainsi que le facteur d’utilisation déjà raisonnable. Parallèlement, les coûts de l’équipement devraient continuer de baisser. Par conséquent, il y aura toujours plus d’arguments en faveur de l’énergie solaire.

Le brillant avenir de l’énergie solaire dans l’Arctique

L’adoption de cette source d’énergie dans les régions éloignées continuera de croître à mesure que l’énergie solaire deviendra une solution pragmatique à faible impact environnemental pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles et les coûts énergétiques dans les régions éloignées. Grâce à des projets couronnés de succès et à une solide préparation technologique, l’énergie solaire s’est implantée pour de bon dans l’Arctique.

Cet article est d’abord paru dans la revue CIM Magazine, publiée par l’Institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole.