Les facteurs de réduction de l’aptitude

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– 1 – RAPPORT N^o 231 25 janvier 2011 du Conseil d’Etat au Grand Conseil

sur le postulat N^o 2038.08 Marie-Thérèse Weber- Gobet/Albert Bachmann concernant l’inventaire des surfaces utilisables sur les bâtiments publics pour des installations solaires thermiques et photovoltaï- ques

Nous avons l’honneur de vous soumettre le rapport qui fait suite à l’acceptation du postulat Marie-Thérèse We- ber-Gobet/Albert Bachmann concernant l’inventaire des surfaces utilisables sur les bâtiments publics pour des installations solaires thermiques et photovoltaïques.

Le présent rapport comprend les points suivants:

1. Introduction 2. Méthodologie

3. Potentiels solaires photovoltaïques 4. Potentiels solaires thermiques 5. Options et éléments stratégiques 6. Conclusion

1. INTROduCTION

Par un postulat déposé et développé le 5 juillet 2008, les députés Marie-Thérèse Weber-Gobet et Albert Bachmann ont demandé au Conseil d’Etat de présenter un rapport qui inventorie les surfaces utilisables sur les bâtiments publics et qui présente une étude de faisabilité technique et d’opportunité énergétique pour des installations solaires thermiques et photovoltaïques. Lesdits députés souhaitent également que les communes qui le désirent puissent participer à cet inventaire pour les bâtiments qu’elles possèdent.

Dans sa réponse du 28 octobre 2008, le Conseil d’Etat indique qu’une étude sur le potentiel de réalisation d’installation solaires thermiques sur les bâtiments publics ne peut se faire sans le concours d’un bureau spécialisé dans le solaire en collaboration avec une institution disposant du personnel spécialisé telle qu’une Haute Ecole. Il tient à ce qu’elle ne soit menée dans un premier temps que sur les bâtiments propriété de l’Etat, car cela représente une analyse de 711 bâtiments et un investissement de l’ordre de 100 000 francs.

Pour effectuer cette étude, le Service des bâtiments, sur les conseils du Service des transports et de l’énergie a mandaté la Société NET Nowak Energie & Technologie à St. Ursen qui est spécialisée dans le domaine.

Au mois d’octobre 2010, après une collaboration inten- sive avec le Service des bâtiments, le Service de l’énergie et le Département technologies industrielles de l’Ecole d’ingénieurs et d’architecture de Fribourg, la Société NET Nowak Energie & Technologie a rendu une étude détaillé de 120 pages. Le rapport qui suit en est un condensé.

2. MéThOdOlOGIE

L’approche pour analyser les potentiels solaires d’un parc immobilier se base essentiellement sur trois éléments:

des données statistiques disponibles pour les bâti-

• ments;

une analyse solaire morphologique des (surfaces des)

• bâtiments;

la classification des bâtiments selon leurs aptitudes so-

• laires photovoltaïques et thermiques.

L’approche dite statistique et solaire morphologique permet d’analyser les bâtiments de manière efficace et de sé- lectionner les objets les plus intéressants en fonction des critères les plus pertinents (techniques, économiques, etc.).

Il faut relever que, dans le cadre d’une réalisation d’une installation solaire, certaines analyses complémentaires doivent être menées (statiques, dimensionnement opti- misé selon le cas de figure, matériaux à utiliser, utilisation possible de la toiture autre que pour la production solaire, choix des composantes du système énergétique, etc.).

La méthodologie appliquée, développée dans les an- nées 1990 à l’Université de Fribourg, a été validée aux niveaux régional, national et international. Sa spécificité est de combiner judicieusement les données de différen- tes sources statistiques avec les informations récoltées sur l’aptitude solaire (technologique, énergétique et architecturale).

2.1 données statistiques

Les données statistiques sont fournies par le Service des bâtiments de l’Etat de Fribourg. Ces informations sont complétées par une série de données provenant de la mensuration officielle disponibles en ligne sur le site du Service du cadastre et de la géomatique de l’Etat de Fri- bourg.

2.2 Caractéristiques solaires et architecturales Les caractéristiques solaires sont déterminées essentiellement par:

l’irradiation solaire sur les surfaces;

•

les éléments qui occupent des surfaces (= éléments

• perturbateurs) et/ou qui cachent le soleil (= ombrage).

l’irradiation solaire

L’irradiation solaire ne connaît pas de grandes variations entre les différentes parties urbanisées du territoire fri- bourgeois, en effet, les valeurs sont très similaires dans les zones urbanisées.

L’énergie solaire (en kWh par m²et par an) est répartie de manière plutôt homogène dans les territoires fortement

urbanisés de Suisse et du canton de Fribourg.

Source: données et plot Meteonorm, design: NET SA.

– 3 –

L’énergie solaire (en kWh par m²et par an) est répartie de manière plutôt homogène dans les territoires fortement urbanisés de Suisse et du canton de Fribourg. Source : données et plot Meteonorm,

design : NET SA.

En ville de Fribourg, l’irradiation maximale est de 1250 kWh par année et par mètre carré pour une surface orientée plein sud et inclinée d’env. 30°. Une surface horizontale reçoit 1144 kWh de rayonnement solaire par année et par mètre carré et atteint le 91 % de ce maximum.

Il convient de souligner que les valeurs de l’irradiation solaire d’une surface et de sa production en électricité ne sont pas forcément proportionnelles. En effet, on constate que plus les surfaces sont déviées de l’orientation idéale, moins l’irradiation peut effectivement pénétrer la surface du module.

Néanmoins, l’irradiation est un très bon indicateur et il serait difficile de le remplacer par plusieurs paramètres imprécis et qui devraient être applicables à toutes les surfaces et technologiques photovoltaïques et solaires thermiques.

Les facteurs de réduction de l’aptitude

Plusieurs facteurs peuvent limiter l’utilisation de la toiture pour la production d’énergie solaire. Le premier facteur est une irradiation insuffisante due à une mauvaise orientation de la toiture. Les autres facteurs concernent des éléments qui peuvent occuper des surfaces et / ou faire de l’ombre (p.

ex. mansardes, velux, cheminées, terrasses, etc.) ou encore des bâtiments et arbres avoisinants.

Les bâtiments d’Erlenhof à Galmiz et les différents facteurs de réduction de l’aptitude.

Source : Orthophoto 2008-2009, © Etat de Fribourg ; photo retravaillée

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2 Mai 2007

En ville de Fribourg, l’irradiation maximale est de 1250 kWh par année et par mètre carré pour une surface orientée plein sud et inclinée d’env. 30°. Une surface horizontale reçoit 1144 kWh de rayonnement solaire par an- née et par mètre carré et atteint le 91% de ce maximum.

Il convient de souligner que les valeurs de l’irradiation solaire d’une surface et de sa production en électricité ne sont pas forcément proportionnelles. En effet, on constate que plus les surfaces sont déviées de l’orientation idéale, moins l’irradiation peut effectivement pénétrer la surface du module. Néanmoins, l’irradiation est un très bon indicateur et il serait difficile de le remplacer par plusieurs paramètres imprécis et qui devraient être applicables à toutes les surfaces et technologiques photovoltaïques et solaires thermiques.

les facteurs de réduction de l’aptitude

Plusieurs facteurs peuvent limiter l’utilisation de la toiture pour la production d’énergie solaire. Le premier facteur est une irradiation insuffisante due à une mauvaise orientation de la toiture. Les autres facteurs concernent des éléments qui peuvent occuper des surfaces et/ou faire de l’ombre (p. ex. mansardes, velux, cheminées, terrasses, etc.) ou encore des bâtiments et arbres avoisinants.

Les bâtiments d’Erlenhof à Galmiz et les différents fac- teurs de réduction de l’aptitude.

Source: Orthophoto 2008–2009, © Etat de Fribourg;

photo retravaillée

Les bâtiments d’Erlenhof à Galmiz illustrent bien les dif- férents facteurs possibles de réduction de l’irradiation.

Le bâtiment A possède un pan «mal orienté», car donnant sur le nord-nord-est. L’irradiation y est relativement faible, ce qui fait que la surface de ce pan n’est pas considé- rée comme une surface utilisable. Le facteur de réduction

«orientation» concerne la quasi-totalité des bâtiments d’Erlenhof. Le bâtiment B présente une toiture à configuration complexe avec de nombreux éléments (facteur de réduction «construction/obstruction») qui entravent son utilisation à des fins solaires. Le bâtiment C est ombragé (facteur de réduction «ombrage des bâtiments voisins») par le silo. Le bâtiment D est ombragé par les arbres si- tués au sud de l’édifice («facteur de réduction «ombrage de la végétation»). Finalement, le facteur de réduction

«construction/obstruction» est aussi pertinent pour le bâ- timent E qui a une partie de la toiture à un niveau diffé- rent (pour le bâtiment annexe). Il reste à signaler que tous les bâtiments proposent des surfaces utilisables – particu-

lièrement généreuses sur le bâtiment A, particulièrement modestes sur le bâtiment B.

Catégorisation des (surfaces utilisables des) bâti- ments

Les bâtiments peuvent être catégorisés en fonction de leurs aptitudes à abriter une installation solaire. Plus la forme de la toiture est complexe, et plus il y a d’éléments perturbateurs, plus difficile sera l’installation. La facilité/

difficulté à pouvoir intégrer un système dans la toiture est mesurée sur une échelle qualitative de 1 à 5. Une toiture simple sans élément perturbateur a la note 1.

Catégorisation des (surfaces utilisables des) bâtiments en fonction de la configuration de la toiture Catégo-

rie d’in- tégration architecturale

Facilité/diffi- culté à pouvoir intégrer un système solaire dans la toiture du bâtiment

Description de la toiture (configuration, surfaces utilisables, éléments perturbateurs)

1 Très facile Configuration simple comme p.ex. de grandes surfaces contiguës sans éléments perturbateurs

2 Plutôt facile Configuration plutôt simple avec des surfaces de tailles intéressantes et avec peu d’éléments perturbateurs 3 Moyen Configuration moyenne avec des surfa-

ces utilisables de tailles variables avec quelques éléments perturbateurs 4 Plutôt difficile Configuration plutôt difficile avec des

surfaces de tailles modestes et présence de plusieurs éléments perturbateurs 5 Très difficile,

voire impossible

Configuration très difficile avec des éléments empêchant l’installation d’un système solaire

2.3 Aspects solaires photovoltaïques Technologie

On appelle «photovoltaïque» la transformation directe de la lumière en électricité à l’intérieur d’une cellule solaire.

Les cellules solaires sont constituées de plusieurs fines couches de matériaux semi-conducteurs. De nos jours elles sont composées à 89% de silicium. Ce matériau a l’avantage d’être écologique et disponible en grandes quantités (il s’agit du deuxième élément le plus abondant de la croûte terrestre). Les cellules solaires utilisent des technologies très variées. Lorsqu’on accouple plusieurs d’entre elles et qu’on les emballe pour les protéger des intempéries, on obtient un module solaire. On utilise du verre et du plastique comme matériaux d’emballage (gé- néralement du verre sur la partie antérieure et du plastique à l’arrière). Une installation solaire peut être compo- sée d’un nombre indéterminé de cellules et de modules solaires.

Dans la pratique, on distingue principalement deux types d’installations photovoltaïques:

Les installations photovoltaïques raccordées au réseau

• électrique peuvent y injecter le courant produit. Les installations intégrées aux bâtiments sont générale- ment raccordées au réseau, ce qui les rend multifonc- tionnelles. Les éléments photovoltaïques peuvent être combinés à des matériaux de construction classiques ou remplacer ces matériaux.

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L’énergie solaire (en kWh par m²et par an) est répartie de manière plutôt homogène dans les territoires fortement urbanisés de Suisse

et du canton de Fribourg. Source : données et plot Meteonorm, design : NET SA.

En ville de Fribourg, l’irradiation maximale est de 1250 kWh par année et par mètre carré pour une surface orientée plein sud et inclinée d’env. 30°. Une surface horizontale reçoit 1144 kWh de rayonnement solaire par année et par mètre carré et atteint le 91 % de ce maximum.

Il convient de souligner que les valeurs de l’irradiation solaire d’une surface et de sa production en électricité ne sont pas forcément proportionnelles. En effet, on constate que plus les surfaces sont déviées de l’orientation idéale, moins l’irradiation peut effectivement pénétrer la surface du module.

Néanmoins, l’irradiation est un très bon indicateur et il serait difficile de le remplacer par plusieurs paramètres imprécis et qui devraient être applicables à toutes les surfaces et technologiques photovoltaïques et solaires thermiques.

Les facteurs de réduction de l’aptitude

Plusieurs facteurs peuvent limiter l’utilisation de la toiture pour la production d’énergie solaire. Le premier facteur est une irradiation insuffisante due à une mauvaise orientation de la toiture. Les autres facteurs concernent des éléments qui peuvent occuper des surfaces et / ou faire de l’ombre (p.

ex. mansardes, velux, cheminées, terrasses, etc.) ou encore des bâtiments et arbres avoisinants.

Les bâtiments d’Erlenhof à Galmiz et les différents facteurs de réduction de l’aptitude.

Source : Orthophoto 2008-2009, © Etat de Fribourg ; photo retravaillée

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Les installations photovoltaïques autonomes («instal-

• lations en îlot») stockent l’électricité, par exemple dans une batterie. Elles constituent une solution simple, fia- ble et souvent bon marché pour les parcomètres, les cabines de téléphone, l’éclairage des rues, les tableaux d’information, la signalisation routière et d’autres équipements urbains. Les éléments incorporés produi- sent, stockent et fournissent le courant nécessaire. Les installations en îlot nécessitent peu d’entretien et peuvent aussi être utilisées de manière mobile.

Dans le cadre de cette étude, le potentiel est basé sur les installations photovoltaïques raccordées au réseau élec- trique.

Energie

Le rendement du système photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs techniques et solaires. Pour le calcul de l’électricité solaire produite sur les surfaces utilisables, on admet les valeurs suivantes pour une installation d’une puissance de 1 kW ayant un rendement moyen des modules photovoltaïques de 15%:

7,5 m

• ² de surfaces utilisables sur une toiture inclinée

• 14 m² de surfaces utilisables sur un toit plat

Le rendement des modules les plus vendus varie de 12%

à 18%, ce qui fait que les surfaces utilisables nécessaires pour l’installation d’un système de 1 kW peuvent varier de ± 20% des valeurs fixées ci-dessus. L’utilisation des technologies à couches minces demandent davantage de surfaces utilisables car leurs rendements peuvent être in- férieurs de 10%.

Dans une deuxième étape, la production de courant solaire peut être estimée sur la base de la puissance qui peut être installée sur les surfaces utilisables et l’orientation des modules photovoltaïques:

970 kWh par kW pour les systèmes solaires installés

• sur les surfaces utilisables orientées sud (déviation maximale de 30°)

• sur les surfaces utilisables orientées sud-est et sud- ouest (déviation entre 30° et 60°) et sur les surfaces utilisables horizontales

• sur les surfaces utilisables orientées sud-est-sud et sud-ouest-sud (déviation entre 60° et 90°)

Le potentiel de production de courant solaire sur les surfaces horizontales peut varier de ± 6% de la valeur indiquée (910 kWh par kW) selon le montage effectué (inclinaison et orientation exactes des modules).

Coûts

Les coûts d’investissement pour les systèmes solaires photovoltaïques varient en fonction du type d’installation, notamment en fonction de la taille de l’installation et de son intégration dans la toiture. De manière générale, on constate que les prix des modules ont baissé d’env.

30% depuis 2007. Cette tendance à la baisse au rythme de près de 10% par an devrait continuer les années à ve- nir, grâce à une industrialisation très dynamique dans le monde.

Les coûts de production de courant solaire sont reflétés dans le tableau des tarifs de rachat en vigueur. Les coûts

d’investissement approximatifs sont indiqués dans le tableau ci-dessous:

Coûts d’investissement approximatifs (ChF/kW) en fonction de la catégorie d’intégration architecturale et de puissance Catégorie d’intégration

architecturale/Puissance Catégo- rie 1 Catégo-

rie 2 Catégo- rie 3 Catégo-

rie 4

> 100 kW 5400 5900 6600 7700

30–100 kW 5900 6600 7300 8500

10–30 kW 6600 7300 8100 9400

3–10 kW 7300 8100 9000 10 400

1–3 kW 8100 9000 10 100 11 500

Rétribution du courant solaire injecté à prix coûtant en centimes suisses pour 2010 (Source: OFEN) Puissance/

Type d’ins- tallation

< 10 kW 10–30 kW 30–

100 kW > 100 kW

Intégré 73,8 60,7 54,9 50,8

Ajouté 61,5 53,3 50,8 49,2

Isolé 53,3 44,3 41,8 40,2

2.4 Aspects solaires thermiques Technologie

Les capteurs solaires sont une solution pour la production de l’eau chaude sanitaire et peuvent également contribuer au chauffage des pièces. Ils peuvent être utilisés en com- binaison avec toute autre méthode de production de chaleur employée en cas de faible ensoleillement (chauffage au bois, pompe à chaleur, chaudière à mazout ou à gaz).

Les deux applications principales sont:

L’eau chaude solaire: L’utilisation de l’énergie solaire

• pour la production d’eau chaude sanitaire est intéres- sante, quel que soit l’état du bâtiment. En été, la production d’eau chaude sanitaire ne requiert en général aucune installation supplémentaire.

Par contre, pendant la saison froide, l’installation solaire doit être assistée par une source de chaleur d’appoint. Le chauffe-eau complémentaire est intégré di- rectement dans l’installation solaire, ou est connecté à la source de chaleur.

L’eau chaude solaire pour appoint de chauffage: L’ap-

• port solaire à une installation de chauffage est surtout intéressant dans le cas de constructions bien isolées.

Energie

L’installation d’un système solaire thermique doit être optimisée en fonction des besoins et des coûts. En fait, plus la part de couverture solaire augmente, moins éco- nomique est le rendement du système solaire. Les installations plus grandes permettent de réaliser des économies d’échelle, mais ces économies financières ne compensent pas la baisse du rendement du système (voir l’illustration).

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4 Mai 2007

Source: Suisse Energie (2007)

L’énergie solaire thermique effectivement utile dépend fortement du dimensionnement du système solaire et peut varier entre 200 et 650 kWh par m² de surface utile de capteur.

L’indice du potentiel solaire thermique met en relation les surfaces utiles de capteur pondérées et les surfaces de référence énergétique (SRE) d’un objet et permet ainsi d’estimer de manière efficace la part de couverture solaire. Concrètement, la surface utilisable identifiée est

«convertie» (pondérée) en surface utile de capteur orien- tée de manière optimale (orientation sud, inclinaison d’env. 45°).

Facteurs appliqués pour le calcul des surfaces utiles de capteur pondérées pour le système de référence 104–100l Orientation/

Inclinaison

Secteur sud

Secteur sud-ouest/

sud-est

Secteur ouest/est

Inclinaison forte 1,1 1,3 1,7

Inclinaison moyenne 1,0 1,3 1,6

Inclinaison modérée 1,6 1,7 2

Horizontal 2,4

Les rendements solaires thermiques sont aussi calculés pour quatre systèmes de référence, tenant compte de différents degrés d’efficacité énergétique (80 kWh et 30 kWh par m² de surface de référence énergétique) et de capacités de l’accumulateur (100 litres par m² de surface utile de capteur et accumulateur optimisé).

Tableau: les systèmes de référence en fonction des besoins en énergie thermique et de l’accumulateur

Systèmes de référence

Besoin en énergie thermique par m²

de surface de référence énergétique Accumulateur par m² de surface utile de capteur 104–100l 104 kWh (80 kWh pour le chauffage

des pièces et 24 kWh pour l’eau chaude sanitaire)

100 litres 54–100l 54 kWh (30 kWh pour le chauffage

100 litres 104–opt 104 kWh (80 kWh pour le chauffage

Accumulateur optimisé 54–opt 54 kWh (30 kWh pour le chauffage

Accumulateur optimisé

Si le rendement solaire thermique sur le plan technique peut atteindre des parts de couverture solaire importantes

pour l’ensemble des besoins en énergies thermiques (eau chaude sanitaire et chauffage des pièces), la réalité en Suisse montre qu’il y a encore assez peu d’installations solaires thermiques qui dépassent une part de couverture solaire de plus de 35%, principalement pour des raisons économiques.

Compte tenu de la diversité des systèmes solaires thermiques, les coûts d’investissement et davantage encore les coûts de production de chaleur solaire thermique peuvent varier du simple au triple, voire au-delà. Dans l’ensemble, l’évolution des coûts des systèmes solaires thermiques n’a pas été particulièrement rapide, d’une part parce que plusieurs composantes démontrent déjà une certaine maturité et que d’autre part le prix des matières premières fluctue selon la demande sur le marché mondial et peut contrebalancer certains progrès au niveau de la produc- tivité. La compétitivité du solaire thermique augmente avec la hausse des prix d’autres sources d’énergie (gaz, mazout, bois, etc.) et les conditions-cadres favorables pour l’utilisation des technologies environnementales.

2.5 Triage des objets

Qui dit «bâtiment public», pense à des édifices tels des immeubles administratifs, des écoles, des postes de poli- ce, etc. Or, parmi les 711 objets répertoriés dans le fichier du canton de Fribourg, de nombreux bâtiments ont un potentiel faible voire inexistant: les bâtiments souterrains, les cabanes forestières (souvent ombragées et/ou loin d’un point de raccordement), les chalets d’alpage isolés, les abris vélos, les garages et dépôts (souvent ombragés), les ruchers, poulaillers, tours et remparts, etc. De même tous les petits objets dont l’emprise au sol est inférieure à 80 m² n’ont pas été pris en considération pour une analyse plus poussée. Ces «petits objets» comprennent essentiellement les constructions précitées. Pour terminer, quelques objets sont en chantier (p.ex. Collège du Gam- bach, Ecole des métiers). Ce premier échantillon montre que 349 objets, c’est-à-dire près de la moitié des objets du parc immobilier appartenant à l’Etat ont un potentiel médiocre voire nul de par leur situation.

Les résultats de l’étude se basent donc sur les 362 bâti- ments qui ont été analysés de manière détaillée.

3. POTENTIElS SOlAIRES PhOTOvOlTAïquES Ce chapitre présente les potentiels photovoltaïques des objets retenus sous les angles suivants:

Surfaces utilisables

•

Potentiel de puissance pouvant être installé

•

Potentiel de production de courant solaire

•

Potentiel des bâtiments protégés/non-protégés (non-

• classés)

3.1 Surfaces utilisables

Les surfaces utilisables englobent les surfaces bien irra- diées des toitures des bâtiments appartenant à l’Etat. La somme des surfaces utilisables s’élève à 70 900 m².

– 7 –

x L’eau chaude solaire pour appoint de chauffage : L’apport solaire à une installation de chauffage est surtout intéressant dans le cas de constructions bien isolées.

Energie

L’installation d’un système solaire thermique doit être optimisée en fonction des besoins et des coûts. En fait, plus la part de couverture solaire augmente, moins économique est le rendement du système solaire. Les installations plus grandes permettent de réaliser des économies d’échelle, mais ces économies financières ne compensent pas la baisse du rendement du système (voir l’illustration en bas).

Source : Suisse Energie (2007)

L’énergie solaire thermique effectivement utile dépend fortement du dimensionnement du système solaire et peut varier entre 200 et 650 kWh par m² de surface utile de capteur.

L’indice du potentiel solaire thermique met en relation les surfaces utiles de capteur pondérées et les surfaces de référence énergétique (SRE) d’un objet et permet ainsi d’estimer de manière efficace la part de couverture solaire. Concrètement, la surface utilisable identifiée est « convertie » (pondérée) en surface utile de capteur orientée de manière optimale (orientation sud, inclinaison d’env. 45°).

Facteurs appliqués pour le calcul des surfaces utiles de capteur pondérées pour le système de référence 104-100l

Orientation / Inclinaison

Secteur

sud Secteur

sud-ouest / sud-est Secteur ouest / est

Inclinaison forte 1,1 1,3 1,7

Inclinaison moyenne 1,0 1,3 1,6

Inclinaison modérée 1,6 1,7 2

Horizontal 2,4

Les rendements solaires thermiques sont aussi calculés pour quatre systèmes de référence, tenant compte de différents degrés d’efficacité énergétique (80 kWh et 30 kWh par m² de surface de

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Mai 2007 5

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Tableau: Surfaces utilisables (en m²) pour les systèmes photovol- taïques, en fonction de leurs catégories d’intégration

architecturale et leurs orientations

Nombre d’objets Catégorie d’intégration architecturale horizontal Secteur sud Secteur sud-ouest/ sud-est Secteur ouest/est Somme

14 1 11 226 0 487 0 11 713

62 2 15 502 4323 3475 1158 24 457

155 3 14 467 6402 4132 4120 29 122

108 4 259 2119 2028 1202 5608

23 5 0 0 0 0 0

362 tous 41 454 12 844 10 122 6480 70 900

La surface de l’ensemble des toitures est de 290 768 m². Les facteurs de réduction rendent le 75% des surfaces inutilisables pour les systèmes photovoltaïques. Le poids relatif (pourcentage) des facteurs de réduction est le sui- vant:

Construction/obstruction: 54%

•

Orientation: 39%

•

Ombrage des bâtiments voisins: 2%

•

Ombrage de la végétation: 4%

•

En tenant compte de l’emprise au sol des 362 objets (259 447 m²), l’indice d’aptitude solaire est de 27,3%, c’est-à-dire que 27,3 m² de surface utilisable peuvent être identifiés par «tranche» de 100 m² d’emprise au sol.

Les indices d’aptitude solaire sont spécifiés pour les ca- tégories d’intégration architecturale variant entre 0% et 68%.

Tableau: Indices d’aptitude des bâtiments en fonction de leurs catégories d’intégration architecturale

Nombre d’objets Catégorie d’intégra-

tion architecturale Indice d’aptitude

14 1 68,0%

62 2 44,3%

155 3 23,8%

108 4 9,5%

23 5 0,0%

362 tous 27,3%

Une grande partie (59% ou 41 454 m²) des surfaces utilisables se retrouvent sur des toits plats (surfaces horizontales). Le 18% des surfaces utilisables (12 844 m²) sont orientées sud.

Répartition des surfaces utilisables selon leurs orientations

En ce qui concerne la classification architecturale des surfaces utilisables, 17% de celles-ci appartiennent à la catégorie 1 (système solaire facile à intégrer dans la toiture). Les catégories 2 et 3 (système solaire plutôt facile/

peu difficile à intégrer dans la toiture) sont les plus importantes avec 34 respectivement 41% des surfaces utilisables.

Répartition des surfaces utilisables en fonction des catégories

Parmi les 362 bâtiments, 13 objets ont des surfaces utilisables de plus de 1000 m². 57 objets (soit 16% des bâti- ments) disposent de surfaces utilisables de 300 à 1000 m² et 87 objets (soit 24% des bâtiments) ont des surfaces utilisables de 100 à 300 m². Celles-ci sont modestes ou inexistantes sur 31% des objets.

Répartition des bâtiments en fonction des catégories de surface utilisable

3.2 Potentiel de puissance à installer

Le potentiel de puissance à installer comprend la puissance solaire photovoltaïque qui peut être installée sur les surfaces utilisables.

Le potentiel global est de 6,89 MW. Des systèmes pho- tovoltaïques d’une puissance proche de 3 MW peuvent être installés sur les surfaces horizontales. Les surfaces utilisables orientées sud se prêtent à l’installation d’une puissance de 1,7 MW.

Les surfaces utilisables des catégories d’intégration architecturale 1 et 2 peuvent recevoir des installations pho- tovoltaïques totalisant une puissance de 3,17 MW.

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Tableau : Indices d’aptitude des bâtiments en fonction de leurs catégories d’intégration architecturale

Nombre d’objets Catégorie d’intégration

architecturale Indice d’aptitude

14 1 68,0 %

62 2 44,3 %

155 3 23,8 %

108 4 9,5 %

23 5 0,0 %

362 tous 27,3 %

Une grande partie (59 % ou 41 454 m²) des surfaces utilisables se retrouvent sur des toits plats (surfaces horizontales). Le 18 % des surfaces utilisables (12 844 m²) sont orientées sud.

Répartition des surfaces utilisables selon leurs orientations

En ce qui concerne la classification architecturale des surfaces utilisables, 17 % de celles-ci appartiennent à la catégorie 1 (système solaire facile à intégrer dans la toiture). Les catégories 2 et 3 (système solaire plutôt facile / peu difficile à intégrer dans la toiture) sont les plus importantes avec 34 respectivement 41 % des surfaces utilisables.

Répartition des surfaces utilisables en fonction des catégories Horizontal Secteur sud 59%

18%

Secteur sud-ouest /

sud-est 14%

Secteur ouest / est

9%

Classe 1 17%

Classe 2 34%

Classe 3 41%

Classe 4 8%

Classe 5 0%

– 10 – architecturale Nombre d’objets Catégorie d’intégration

architecturale Indice d’aptitude

14 1 68,0 %

62 2 44,3 %

155 3 23,8 %

108 4 9,5 %

23 5 0,0 %

362 tous 27,3 %

Une grande partie (59 % ou 41 454 m²) des surfaces utilisables se retrouvent sur des toits plats (surfaces horizontales). Le 18 % des surfaces utilisables (12 844 m²) sont orientées sud.

Répartition des surfaces utilisables selon leurs orientations

En ce qui concerne la classification architecturale des surfaces utilisables, 17 % de celles-ci appartiennent à la catégorie 1 (système solaire facile à intégrer dans la toiture). Les catégories 2 et 3 (système solaire plutôt facile / peu difficile à intégrer dans la toiture) sont les plus importantes avec 34 respectivement 41 % des surfaces utilisables.

Répartition des surfaces utilisables en fonction des catégories Horizontal Secteur sud 59%

18%

Secteur sud-ouest /

sud-est 14%

Secteur ouest / est

9%

Classe 1 17%

Classe 2 34%

Classe 3 41%

Classe 4 8%

Classe 5 0%

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Parmi les 362 bâtiments, 13 objets ont des surfaces utilisables de plus de 1000 m². 57 objets (soit 16 % des bâtiments) disposent de surfaces utilisables de 300 à 1000 m² et 87 objets (soit 24 % des bâtiments) ont des surfaces utilisables de 100 à 300 m². Celles-ci sont modestes ou inexistantes sur 31 % des objets.

Répartition des bâtiments en fonction des catégories de surface utilisable

3.2 Potentiel de puissance à installer

Le potentiel de puissance à installer comprend la puissance solaire photovoltaïque qui peut être installée sur les surfaces utilisables.

Le potentiel global est de 6,89 MW. Des systèmes photovoltaïques d’une puissance proche de 3 MW peuvent être installés sur les surfaces horizontales. Les surfaces utilisables orientées sud se prêtent à l’installation d’une puissance de 1,7 MW.

Les surfaces utilisables des catégories d’intégration architecturale 1 et 2 peuvent recevoir des installations photovoltaïques totalisant une puissance de 3,17 MW.

Le potentiel de puissance (kW) à installer

selon la catégorie d’intégration architecturale et l’orientation des surfaces utilisables Nombre

d’objets

Catégorie d’intégration architecturale

Horizontal

(Toits plats) Secteur sud

Secteur ouest / sud- sud-est

Secteur

ouest / est Somme

14 1 658 0 65 0 723

62 2 1251 576 463 154 2445

155 3 1033 854 551 549 2987

108 4 19 283 270 160 732

23 5 0 0 0 0 0

362 tous 2961 1713 1350 864 6887

8 bâtiments disposent d’un potentiel de puissance à installer de plus de 100 kW. 67 objets (soit 18 % des bâtiments) ont un potentiel de puissance à installer de 30 à 100 kW et 96 objets (soit 27 % des bâtiments) pourraient accueillir des installations photovoltaïques d’une puissance de 10 à 30 kW.

> 1000 m2

3% 300 - 1000 16%m2

100 - 300 24%m2 30 - 100 m2

26%

10 - 30 m2 14%

< 10 m2 17%

(6)

6 Mai 2007

le potentiel de puissance (kW) à installer selon la catégorie d’intégration architecturale et l’orientation

des surfaces utilisables

Nombre d’objets Catégorie d’intégration architecturale horizontal (Toits plats) Secteur sud Secteur sud-ouest/ sud-est Secteur ouest/est Somme

14 1 658 0 65 0 723

62 2 1251 576 463 154 2445

155 3 1033 854 551 549 2987

108 4 19 283 270 160 732

23 5 0 0 0 0 0

362 tous 2961 1713 1350 864 6887

8 bâtiments disposent d’un potentiel de puissance à installer de plus de 100 kW. 67 objets (soit 18% des bâti- ments) ont un potentiel de puissance à installer de 30 à 100 kW et 96 objets (soit 27% des bâtiments) pourraient accueillir des installations photovoltaïques d’une puissance de 10 à 30 kW.

Répartition des bâtiments

en fonction des catégories de potentiel de puissance à installer

Catégories Nombre d’objets

> 100 kW 8

30–100 kW 67

10–30 kW 96

3–10 kW 86

1–3 kW 50

< 1 kW 55

Tous les objets 362

3.3 Potentiel de production de courant

Le potentiel de production de courant comprend l’élec- tricité qui peut être générée par les systèmes solaires installés sur les surfaces utilisables en tenant compte du niveau de production possible selon l’irradiation solaire incidente.

Le potentiel de production de courant solaire photovoltaï- que est de 6,3 GWh par an. 2,7 GWh d’électricité par an peut être produite sur les surfaces utilisables horizontales, 1,7 GWh peut provenir des systèmes photovoltaïques installés sur les surfaces utilisables orientées sud.

Tableau: le potentiel de production de courant solaire (MWh par an)

selon la catégorie d’intégration architecturale et l’orientation des surfaces utilisables

Nombre d’objets Catégorie d’intégration architecturale horizontal (toits plats) Secteur sud Secteur sud-ouest/ sud-est Secteur ouest/est Somme

14 1 599 0 59 0 723

62 2 1138 559 422 128 2247

155 3 940 828 501 456 2726

108 4 17 274 246 133 670

23 5 0 0 0 0 0

362 tous 2694 1661 1228 717 6301

6 bâtiments possèdent un potentiel de production de courant solaire de plus de 100 MWh par an. 57 objets (soit 16% des bâtiments) peuvent produire entre 30 et 100 MWh de courant solaire par an, 98 objets (soit

27% des bâtiments) ont un potentiel compris entre 10 et 30 MWh par an.

Répartition des bâtiments en fonction des catégories de potentiel de production de courant (MWh par an)

Répartition des bâtiments

en fonction des catégories de potentiel de production de courant (MWh par an)

> 100 kW 6

30–100 kW 57

10–30 kW 98

3–10 kW 99

1–3 kW 44

< 1 kW 58

3.4 Potentiel des bâtiments protégés et recensé L’Etat de Fribourg est le propriétaire de nombreux bâ- timents protégés ou recensés. C’est le cas de 133 bâti- ments parmi les 362 objets retenus, soit 37% des objets.

Il convient d’indiquer que les bâtiments protégés et re- censés doivent satisfaire aux exigences de l’article 18a de la loi fédérale sur l’aménagement du territoire qui précise que «dans les zones à bâtir et agricoles, les installations solaires soigneusement intégrées aux toits et aux faça- des sont autorisées dès lors qu’elles ne portent atteinte à aucun bien culturel, ni à aucun site naturel d’importance cantonale ou nationale».

De plus il importe de tenir compte également du caractère digne de protection des sites concernés en se basant sur l’inventaire fédéral des sites construits à protéger (ISOS).

En termes d’emprise au sol, la part «protégée» du parc immobilier de l’Etat de Fribourg est encore plus importante, car les bâtiments protégés ou recensés couvrent une surface de 115 499 m², soit 45% de l’emprise au sol. En moyenne, les bâtiments protégés sont donc plus grands avec une moyenne de 868 m² d’emprise au sol par objet comparés aux bâtiments non-classés qui ont une moyenne d’emprise au sol de 629 m² par objet.

L’aptitude solaire des toitures des bâtiments protégés et recensés est par contre nettement en-dessous de la moyenne de 27,3%. Les bâtiments protégés et recensés affichent un indice de 20,3%; il est de 33,0% pour les bâtiments non-classés.

– 13 –

Répartition des bâtiments en fonction des catégories de potentiel de production de courant (MWh par an)

Tableau : Répartition des bâtiments en fonction des catégories de potentiel de production de courant (MWh par an)

> 100 MWh 6

30–100 MWh 57

10–30 MWh 98

3–10 MWh 99

1–3 MWh 44

< 1 MWh 58

3.4 Potentiel des bâtiments protégés et recensé

L’Etat de Fribourg est le propriétaire de nombreux bâtiments protégés ou recensés. C’est le cas de 133 bâtiments parmi les 362 objets retenus, soit 37 % des objets. Il convient d’indiquer que les bâtiments protégés et recensés doivent satisfaire aux exigences de l’article 18a de la loi fédérale sur l’aménagement du territoire qui précise que « dans les zones à bâtir et agricoles, les installations solaires soigneusement intégrées aux toits et aux façades sont autorisées dès lors qu’elles ne portent atteinte à aucun bien culturel, ni à aucun site naturel d’importance cantonale ou nationale ».

De plus il importe de tenir compte également du caractère digne de protection des sites concernés en se basant sur l’inventaire fédéral des sites construits à protéger (ISOS).

En termes d’emprise au sol, la part « protégée » du parc immobilier de l’Etat de Fribourg est encore plus importante, car les bâtiments protégés ou recensés couvrent une surface de 115 499 m², soit 45 % de l’emprise au sol. En moyenne, les bâtiments protégés sont donc plus grands avec une moyenne de 868 m² d’emprise au sol par objet comparés aux bâtiments non-classés qui ont une moyenne d’emprise au sol de 629 m² par objet.

> 100 MWh 2%

30 - 100 MWh 16%

10 - 30 MWh 27%

3 - 10 MWh 27%

1 - 3 MWh 12%

< 1 MWh 16%

(7)

En examinant les parts des bâtiments protégés selon la classification architecturale (intégration du système solaire dans la toiture selon sa configuration), on peut constater que celles-ci sont plus importantes dans les catégories 3 et 4. Les bâtiments protégés englobent le 41% des surfaces utilisables de la catégorie 3 (moyen) et le 59% des surfaces utilisables de la catégorie 4 (intégration plutôt difficile). Par contre, les bâtiments protégés sont moins présents dans les catégories d’intégration architecturale 1 et 2. Ils contribuent à 34% des surfaces utilisables de la catégorie 2 (intégration plutôt facile) et sont absents de la catégorie 1 (intégration très facile).

Autrement dit, les bâtiments non-classés ont tendance à présenter des toitures à configuration plus simple et ont par cela un potentiel plus intéressant que les bâtiments protégés. On ne peut pourtant pas généraliser cette tendance car le potentiel des bâtiments protégés n’est pas négligeable; en effet, les bâtiments protégés représentent un tiers des surfaces utilisables. En ce qui concerne les potentiels de puissance à installer et de production de courant solaire, les bâtiments protégés et recensés héber- gent le 35% de ces potentiels.

4. POTENTIElS SOlAIRES ThERMIquES Le potentiel solaire thermique peut être estimé sur la base des systèmes de référence (chapitre 2.4) pour l’ensemble du parc immobilier. Environ deux tiers des 362 bâtiments sont analysés par rapport à leurs potentiels solaires thermiques. Le tiers restant des 362 bâtiments n’a pas été pris en considération car les bâtiments ne sont pas ou peu chauffés (p.ex. hangars à machines ou certains dépôts).

Les analyses sont effectuées tout d’abord pour les objets ayant une consommation d’eau chaude sanitaire significative, comme p.ex. les habitations et foyers (102 objets) puis pour tous les bâtiments avec des pièces chauffées comme p.ex. les bâtiments administratifs, culturels, de formation etc.

Les résultats présentés ci-après ont d’abord une valeur indicative car un certain nombre d’éléments-clés (comme p.ex. l’intégration du système solaire dans le système de chauffage) ne peuvent pas être analysés dans le cadre de l’étude. L’analyse effectuée a pour objectif de saisir le potentiel de manière efficace et d’identifier les objets les plus intéressants qui valent la peine d’être analysés plus en détail.

Ces premières analyses montrent que, sur le plan technique, les potentiels solaires thermiques sont considérables.

On peut constater que les parts de couverture solaire peuvent être importantes déjà pour un bâtiment de standard actuel («bâtiment à 8 litres») avec un système solaire conventionnel. Le potentiel en termes de parts de couverture solaire devient encore plus grand en se basant sur un standard énergétique progressif («bâtiment à 3 litres») et un système solaire avec un accumulateur saisonnier.

L’évolution du marché a été positive pour les systèmes solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire, elle montre aussi qu’un nombre croissant de systèmes solaires thermiques sont installés afin de contribuer au chauffage des pièces. Par ailleurs, le règlement sur l’énergie (REn) du canton de Fribourg précise depuis le 1^er mars 2010 que «pour être subventionnable, l’installation solaire thermique doit être raccordée au système

de production de chaleur existant, s’agissant de l’appoint énergétique à fournir.»

4.1 Potentiel solaire thermique «eau chaude sanitaire»

Les opportunités économiques les plus intéressantes dans le parc immobilier de l’Etat de Fribourg se présentent souvent pour les objets ayant une consommation d’eau chaude sanitaire significative comme p.ex. les habitations et foyers.

Le potentiel solaire thermique «eau chaude sanitaire»

est analysé pour 102 objets qui ont des besoins plus ou moins réguliers en eau chaude sanitaire.

Répartition des 102 bâtiments «eau chaude sanitaire»

en fonction de la classe de potentiel solaire thermique.

21 bâtiments ont un potentiel très grand, c’est-à-dire qu’ils ont plus de 16 m² de surface utile de capteur pon- dérée par 100 m² de surface de référence énergétique. La part de couverture solaire pourrait atteindre 50% avec un système solaire conventionnel et une efficacité énergéti- que standard («bâtiment à 8 litres»).

Pour 17 bâtiments, le potentiel est grand, c.-à-d. ils ont entre 8 et 16 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un tiers dans un système «conventionnel».

Le potentiel est moyen pour 27 bâtiments, c.-à-d. ils ont entre 4 et 8 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un quart.

Pour 22 bâtiments, le potentiel est modeste, c.-à-d. ils ont entre 2 et 4 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un hui- tième.

Seuls 13 bâtiments ont un potentiel très modeste avec aucune ou trop peu de surface utilisable pour un système solaire avec un apport énergétique techniquement adé- quat.

En somme, des systèmes solaires thermiques pourraient couvrir près d’un sixième des besoins en énergie thermique des 102 bâtiments analysés sur la base d’un système solaire conventionnel et d’une efficacité énergétique standard («bâtiment à 8 litres»). En utilisant des systèmes solaires plus avancés (avec des accumulateurs saisonniers) et un standard Minergie P pour les bâtiments, la part de couverture solaire est proche d’un tiers.

– 15 – 4.1 Potentiel solaire thermique « eau chaude sanitaire »

Les opportunités économiques les plus intéressantes dans le parc immobilier de l’Etat de Fribourg se présentent souvent pour les objets ayant une consommation d’eau chaude sanitaire significative comme p.ex. les habitations et foyers.

Le potentiel solaire thermique « eau chaude sanitaire » est analysé pour 102 objets qui ont des besoins plus ou moins réguliers en eau chaude sanitaire.

Répartition des 102 bâtiments « eau chaude sanitaire » en fonction de la classe de potentiel solaire thermique.

21 bâtiments ont un potentiel très grand, c’est-à-dire qu’ils ont plus de 16 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. La part de couverture solaire pourrait atteindre 50 % avec un système solaire conventionnel et une efficacité énergétique standard (« bâtiment à 8 litres »).

Pour 17 bâtiments, le potentiel est grand, c.-à-d. ils ont entre 8 et 16 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un tiers dans un système « conventionnel ».

Le potentiel est moyen pour 27 bâtiments, c.-à-d. ils ont entre 4 et 8 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un quart.

Pour 22 bâtiments, le potentiel est modeste, c.-à-d. ils ont entre 2 et 4 m² de surface utile de capteur pondérée par 100 m² de surface de référence énergétique. Leurs parts de couverture solaire pourraient se monter à un huitième.

Seuls 13 bâtiments ont un potentiel très modeste avec aucune ou trop peu de surface utilisable pour un système solaire avec un apport énergétique techniquement adéquat.

En somme, des systèmes solaires thermiques pourraient couvrir près d’un sixième des besoins en énergie thermique des 102 bâtiments analysés sur la base d’un système solaire conventionnel et d’une efficacité énergétique standard (« bâtiment à 8 litres »). En utilisant des systèmes solaires plus avancés (avec des accumulateurs saisonniers) et un standard Minergie P pour les bâtiments, la part de couverture solaire est proche d’un tiers.

potentiel A – très grand

21%

potentiel B – grand C – 17%

potentiel moyen

27%

potentiel D – modeste

22%

potentiel E – très modeste

13%