La microcentrale photovoltaïque du Cégep Limoilou

Pour l’ouverture de son nouveau programme de formation en Technologies du génie électrique, le Cégep Limoilou souhaitait développer un système intégrateur permettant aux élèves de mettre en œuvre une variété de thèmes étudiés : instrumentation, automatisation, régulation et puissance effective. Histoire d’innover sur le plan pédagogique, le professeur Alain Marineau a proposé d’installer un système de production d’électricité photovoltaïque (PV), couplé à des suiveurs solaires.

À la suite de l’étude de conception, effectuée en collaboration avec la firme Énergie Autonome, un système de huit plateformes mobiles, comprenant quatre panneaux chacune, a été installé sur la toiture végétalisée de l’établissement. Cette microcentrale démonstrative est en place depuis le printemps 2010.

Le projet, dont Alain Marineau fut le concepteur principal, vise à produire de l’électricité PV pour alimenter l’atelier et à créer un système modulable. Grâce à la flexibilité de l’installation, les élèves peuvent travailler selon plusieurs configurations : autonome ou relié au réseau ; modules en série ou en parallèle ; système de suiveurs solaires automatisé ou manuel.

Les suiveurs solaires épousent la course du soleil, ce qui permet d’optimiser la production d’électricité. Le système de positionnement à double transmission modifie l’orientation des panneaux suivant l’axe est-ouest et l’axe nord-sud, l’optimisant ainsi sur toute la journée. Le positionnement modulable selon les deux axes offre un gain de production allant jusqu’à 40 %, comparativement à une installation fixe.

En mode asservi, le système est piloté grâce à une programmation du fabricant avec photodétecteurs. Mais l’installation du Cégep, sous commande électronique ouverte, permet aussi une programmation par l’élève. Des capteurs solaires de part et d’autre de la plateforme permettent de calculer, grâce à une différence de signal, le positionnement du soleil selon l’axe est-ouest, indépendamment des photodétecteurs.

Par mesure de sécurité, le programme, relié à un anémomètre, positionne les modules à l'horizontale lorsque les vents excèdent 100 km/h. Cette configuration d’équipements sert de laboratoire aux élèves en automatisme et régulation. La programmation du système est initialement testée sur miniature dans l’atelier avec un « soleil en conserve », selon l’expression d’Alain Marineau, avant d’être appliquée à l’installation en toiture.  

Chaque plateforme est reliée à un poste de travail composé de divers équipements : régulateurs, onduleurs, batterie, charges, systèmes de contrôle. L’installation, en système ouvert, permet la modulation des configurations suivantes :

• système autonome (avec batterie de stockage) ou relié au réseau du Cégep ;
• configuration en série ou parallèle des modules ;
• régulation du suiveur solaire, modification des trajectoires et orientation de la plateforme.

La complexité du système a généré quelques difficultés lors de la conception. Les systèmes PV installés en toiture posent d’abord un défi d’installation, puisqu’il faut garantir la solidité de la structure des plateformes sans compromettre l’étanchéité du bâtiment. Par ailleurs, les différentes configurations entraînent des tensions électriques pouvant être élevées. Des procédures de sécurité doivent donc être orchestrées et mises en place pour tous les types de configuration.

L’aspect urbanistique a aussi posé problème au début du projet puisque la Ville de Québec n’autorisait pas la pose de panneaux en toiture. L’interdiction a été levée, mais des restrictions de hauteur sont toujours en place : les modules ne doivent pas dépasser le bâtiment de plus de deux mètres. Cela posait des contraintes additionnelles à l’installation des poteaux structuraux des plateformes.