Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) est exactement ce que son nom indique : des modules de production d'énergie solaire intégrés directement dans un bâtiment à la place des matériaux de construction ordinaires. Le BIPV diffère à bien des égards des panneaux photovoltaïques que la plupart d'entre nous connaissent : les panneaux photovoltaïques montés sur le toit ou en rack qui sont installés ultérieurement sur les maisons et produisent de l'électricité pour la consommation domestique ou pour être injectée dans le réseau électrique. Ces structures volumineuses et rectangulaires, généralement constituées de cellules mono- ou polycristallines sont ce que la plupart d’entre nous imaginent lorsque nous pensons à l’énergie solaire, car ce sont de loin les formes de production d’énergie solaire les plus éprouvées et donc les plus courantes et les plus fiables. Cet article explique plus en détail ce qu'est le BIPV et discute de la trajectoire future de l'industrie photovoltaïque vers une adoption croissante du BIPV.
Comme Mike Tomassi, directeur du développement des affaires internationales de Photonique système a expliqué dans une conférence qu'il a donnée au Conférence sur l'énergie solaire dans la conception et la construction de bâtiments (SBDC) organisée à Londres le 24 septembre 2010, les modules solaires que nous qualifions de « conventionnels » n’ont jamais été destinés à être utilisés comme éléments de construction. Au lieu de cela, ils ont été conçus pour l’efficacité de la conversion d’énergie et la compétitivité des prix. Heureusement, leur robustesse et leur modularité, ainsi que l’histoire et l’expérience de l’industrie avec eux, signifient que ces modules peuvent être installés sur des maisons plus anciennes avec une relative facilité et une grande confiance quant à leur bon fonctionnement. Néanmoins, il serait difficile de trouver des adeptes de ces panneaux en raison de leur esthétique. En fait, l’une des principales critiques habituellement adressées aux panneaux solaires (du moins par les architectes) est leur aspect inesthétique. En plus de leur caractère visuellement peu attrayant, un certain nombre de problèmes fonctionnels les rendent loin d'être idéaux : ils sont difficiles à rendre imperméables, ils ne sont pas conçus pour être autonettoyants et la plupart d'entre eux n'ont pas été fabriqués dans l'idée d'un recyclage futur. à l'esprit. Les progrès futurs dans l'industrie de l'énergie solaire résoudront ces problèmes et garantiront que les modules peuvent être intégrés en douceur dans la conception et la construction : BIPV.
Quels sont alors les critères pour que les cellules photovoltaïques soient considérées comme des BIPV au lieu de panneaux solaires conventionnels ? Mike Tommasi cite la France comme exemple de pays aux exigences simples, intuitives mais strictes : pour accéder aux ressources les plus généreuses tarif de rachat là, les modules BIPV doivent répondre aux normes et remplir parfaitement la fonction de la partie du bâtiment qu'ils sont destinés à remplacer. Si un module est conçu pour être une tuile, par exemple, lorsqu'il est retiré, le toit devrait fuir lorsqu'il pleut. Après tout, le but d’une tuile est de protéger de la pluie. Elle doit également répondre à toutes les autres exigences et normes auxquelles les tuiles sont habituellement soumises : elles doivent être durables et résistantes au vent, elles doivent empêcher l'accumulation de saleté et elles doivent être « praticables » afin que l'entretien ordinaire du toit puisse être effectué. effectués en cas de besoin. Si tous ces critères ne sont pas remplis, le module ne constitue pas un bon BIPV sur le toit.
Compte tenu de ces exigences de flexibilité fonctionnelle et du fait que dans de nombreux cas, le BIPV est utilisé pour des parties d'un bâtiment qui ne sont pas idéalement situées pour une irradiation solaire complète, il n'est pas surprenant que ce soit là que PV amorphe/couche mince, est plus malléable et moins sujet aux inefficacités dues à l'ombrage et au chauffage, prend tout son sens. De nombreuses technologies discutées ici utilisent le PV amorphe pour cette raison. (Pour en savoir plus sur les applications BIPV des panneaux solaires amorphes, veuillez vous référer au mémoire de maîtrise de Miwa Tominaga dans le rubrique références au bas de cet article.)
Les énergies renouvelables n’ont de sens que lorsqu’elles sont associées à l’efficacité énergétique. L’abondance récente de combustibles fossiles depuis environ 200 ans a rendu la production d’électricité bon marché et abondante, laissant une marge d’amélioration significative en termes de façon dont nous utilisons notre énergie. On dit souvent que l’efficacité énergétique est la «fruits mûrs» de tactiques pour réduire la dépendance mondiale aux combustibles fossiles. Il existe de nombreuses façons de mieux tirer parti des ressources énergétiques disponibles. L'une des boîtes à outils les plus importantes, mais actuellement sous-utilisées, à la disposition des concepteurs et des architectes est conception passive– une conception axée sur la création de bâtiments adaptés au site et au climat et utilisant les ressources énergétiques facilement disponibles sur le chantier, telles que l'angle variable du soleil et les vents dominants, atténuant ainsi le besoin de demande et d'énergie artificielles en matière de chauffage/refroidissement. Les techniques de conception passive sont généralement des moyens relativement simples pour atteindre ces objectifs. Un exemple courant serait auvents précisément incliné pour permettre à la lumière du soleil d'entrer dans un bâtiment pour le chauffer pendant l'hiver, mais de la bloquer lorsqu'elle entraînerait un chauffage indésirable pendant les mois les plus chauds.Construire un tel auvent à l’aide de cellules photovoltaïques ferait d’une pierre deux coups ! C'est pourquoi la conception solaire passive et le BIPV sont déjà des critères dans le LEED (Leadership Énergie et Conception Environnementale) et BREAM Systèmes d’évaluation des bâtiments écologiques.
Éléments de conception solaire passive. (Source : Energysavers.gov)
Ce type de réflexion « hors des sentiers battus » mais éminemment sensée en ce qui concerne l’énergie solaire aidera le photovoltaïque dans sa marche vers la parité réseau. Comme la plupart des intervenants de la conférence SBDC ont tenu à le souligner, les modules d'énergie solaire qui remplissent de multiples fonctions ou qui remplacent d'autres matériaux dans une structure permettront d'économiser sur le coût de construction, même si le coût d'utilisation des remplacements photovoltaïques est plus élevé que celui de la construction. les matériaux conventionnels. Le Blog Solarseeds fait référence à un commentaire du Dr Douglas Dudis, chercheur au Laboratoire de recherche de l'US Air Force, Direction des matériaux et de la fabrication, qui au ASSES (American Solar Energy Society) La conférence solaire de 2007 a déclaré que, outre les problèmes de disponibilité des matériaux et les exigences élevées de main-d'œuvre impliquées dans la fabrication de la technologie photovoltaïque, un facteur majeur contribuant au caractère relativement inabordable du photovoltaïque par rapport aux sources d'énergie conventionnelles était le manque d'intégration dans les bâtiments. La question suivante est donc la suivante : de quelles manières l’intégration peut-elle se produire ?
Les panneaux solaires conventionnels sont généralement installés sur les toits des maisons et autres bâtiments à un coût supplémentaire : ils nécessitent des supports de montage spéciaux et une expertise. L’un des points de départ les plus simples pour une mise en œuvre à grande échelle du BIPV consiste à utiliser des tuiles en céramique ou en terre cuite, qui sont rigides, et des bardeaux d’asphalte, qui sont flexibles. Elle a développé une gamme de modules de type tuile sur le marché, sans cadre, de taille régulière, pouvant être installés par n'importe quel couvreur et pouvant être intercalés avec des tuiles de même taille mais aux fonctionnalités différentes, telles que des capteurs thermiques et des lucarnes. ainsi que des tuiles standards.
Charpente en ardoise pour toiture photovoltaïque
Toiture photovoltaïque en ardoises sur une maison
Uni-Solar PowerShingles(TM)
Des panneaux similaires provenant d’autres fabricants sont également entrés en production, car une recherche rapide sur Google pour « tuiles solaires BIPV » ou « bardeaux solaires BIPV » vous donnera une idée de ce qui est disponible. Un produit similaire aux bardeaux et tuiles photovoltaïques sur le marché est le stratifié photovoltaïque, un film photovoltaïque à couche mince qui peut être fixé à la surface de certaines parties des bâtiments, y compris les toits. Sa nature superficielle peut cependant l’exclure de la définition du BIPV présentée dans la section précédente – il est généralement lié après coup. Les stratifiés sont cependant extrêmement polyvalents, ce qui les rend idéaux pour une rénovation.
Une autre manière d’intégrer le photovoltaïque dans un bâtiment consiste à l’intégrer dans les murs du bâtiment lui-même, ou parfois, plus efficacement, dans une « peau » ou un rideau polyvalent qui entoure le « noyau » du bâtiment à l’intérieur de celui-ci. Comme pour tous les BIPV, les cellules solaires ont ici aussi un double objectif. Comme Ray Noble l'a souligné dans sa présentation à la conférence SBDC, si les modules photovoltaïques sont compétitifs en termes de prix par rapport aux matériaux de construction conventionnels et sont intelligemment intégrés à la conception du bâtiment, alors il n'est pas impératif que les cellules aient une orientation optimale – quelle que soit la direction en dehors de celle-ci. la direction polaire (nord ou sud, selon votre hémisphère) produira de l'électricité avec jusqu'à 90 % du rendement nominal. En d’autres termes, il n’est pas absolument nécessaire que les modules soient placés sur le toit.
Il existe quelques options disponibles pour déterminer quoi faire de votre photovoltaïque dans les sections du bâtiment autres que le toit. Ceux-ci sont expliqués grossièrement ci-dessous. La manière dont leur installation est réalisée dépend de la sensibilité du concepteur.
-S'intégrer aux murs. Bien sûr, les murs parfaitement verticaux ne reçoivent pas le même rayonnement solaire que les toits inclinés ou horizontaux, mais ils en reçoivent quand même, surtout si le bâtiment est situé dans des latitudes plus élevées, où le soleil d'hiver entre à des angles faibles. Des modules « perforés » sont disponibles qui capteront une partie de la lumière pour la production d'électricité dans les cellules, tout en permettant simultanément à une partie de la lumière de transfuser dans le bâtiment.
-Intégrer les modules dans la « peau » environnante d’un bâtiment. Certains bâtiments intègrent une telle peau à des fins esthétiques ainsi qu’à des fins de contrôle climatique. Si les panneaux étaient, tout comme les fenêtres, capables de s'ouvrir et de se fermer, ils pourraient jouer un rôle direct dans le contrôle du climat du bâtiment, tout en disposant de suffisamment d'espace pour rester frais et donc fonctionner efficacement.
Université norvégienne des sciences et technologies : vitrage photovoltaïque sur façade
-Les auvents solaires, comme indiqué précédemment, sont avantageux dans la mesure où ils peuvent garder les rayons directs indésirables du soleil hors de vos yeux tout en les absorbant pour créer de l'électricité. L'angle des auvents pourrait potentiellement être ajusté pour capter/bloquer au mieux les rayons du soleil en fonction de la saison.
Stores solaires photovoltaïques : un exempledu PV pour l’électricité et le solaire passif
Des auvents photovoltaïques pourraient être placés sur les fenêtres pour fournir de l'ombre et de l'électricité.
-Les fenêtres solaires (vitrages photovoltaïques) et les lucarnes ont le même objectif que leurs homologues ordinaires : laisser entrer la lumière, réduire l'éblouissement (si elles sont teintées) et servir d'isolation ou de moyen de ventilation dans un bâtiment.
Vitrage PV sur les fenêtres avant des immeubles de bureaux
Vitrage PV sur puits de lumière dans un immeuble
Certaines des techniques d’énergie solaire passive les plus fascinantes et innovantes sont en cours de développement pour les parties des bâtiments hors toiture mentionnées ci-dessus. Simone Giostra, partenaire fondateur de Simone Giostra & Partners et l'un des autres intervenants à la conférence SBDC, a qualifié certaines des technologies en cours de développement de s'apparenter à de la science-fiction : une précision d'un niveau sans précédent pour intégrer des cellules photovoltaïques dans les façades des bâtiments. , augmentant la densité cellulaire là où la lumière solaire devrait tomber le plus intensément, la diminue là où la lumière solaire devrait être plus rare. Cela permettrait une capture optimale de l’énergie solaire à la fois pour la production d’électricité et à des fins d’éclairage et de climat. On peut actuellement se demander si réaliser quelque chose d'aussi compliqué est pratique ou rentable ou non, mais le fait que la technologie soit en cours de développement est louable.
À condition que le coût des nouvelles technologies BIPV continue de baisser et que le bâtiment en question n'ait pas encore été construit ou fasse l'objet d'une rénovation majeure, le BIPV sera très probablement le premier choix, le plus évident, pour le concepteur/architecte. Les panneaux photovoltaïques conventionnels s'imposent lorsque le bâtiment est plus ancien et que l'installation est une rénovation, et lorsque le prix est un facteur à prendre en compte. Cela étant dit, la technologie BIPV la plus susceptible de décoller sur le marché de la rénovation est la toiture BIPV, en particulier pour les maisons qui ont de toute façon besoin d’être remplacées.
Ce qui suit est un résumé des avantages et des inconvénients du BIPV et du solaire photovoltaïque conventionnel.
PV « panneau » conventionnel :
+Relativement répandu partout dans le monde, y compris en Australie, et donc beaucoup d'infrastructures
+Durable et éprouvé – continuera à fonctionner à une capacité plus ou moins nominale pendant 25 ou 30 ans
+Des normes industrielles ont été élaborées et sont bien connues des installateurs expérimentés
+L'efficacité des panneaux n'a cessé d'augmenter tandis que le prix a diminué
+Peut facilement être installé sur le toit d'un bâtiment qui ne nécessite aucune révision structurelle
-Grand, rectangulaire, visuellement peu attrayant (pour certains ! Je suppose que c'est une question de goût…)
-Ne « ajoute pas de valeur » à la fonctionnalité d’une maison en dehors de la production d’électricité
-Les options de placement sont limitées, généralement soit sur un toit, soit éventuellement au sol
BIPV :
+Valeur ajoutée ! Un BIPV bien conçu génère de l'électricité tout en améliorant les performances climatiques de votre maison/bâtiment
+Peut remplacer presque tous les matériaux de construction externes et ainsi réduire les coûts globaux à long terme d'un bâtiment grâce à des économies sur les coûts d'exploitation et à une réduction de l'énergie grise
+Esthétiquement agréable – peut être parfaitement intégré à l'enveloppe du bâtiment pour donner un aspect élégant et moderne à un bâtiment (par exemple, certaines des photos qui accompagnent cette entrée de blog !)
-Marché plus petit, de nombreuses technologies sont encore en développement et ne sont pas compétitives en termes de prix à l'échelle de détail par rapport aux panneaux conventionnels
-Infrastructure, normes non mises en place, expertise à développer (en Australie, entre autres pays hors UE)
-Si certaines formes de PV amorphes sont utilisées dans la construction, la productivité du PV peut décliner en aussi peu que 10 ans – le PV amorphe a généralement une durée de vie plus courte que le PV cristallin.
Fondée en 2010, SpolarPV Technology Co., Ltd est spécialisée dans la conception, la fabrication et la commercialisation de cellules solaires, de modules solaires et de systèmes d'énergie solaire. L'entreprise, située dans la capitale de la province du Jiangsu, à Nanjing, s'étendant sur 6 000 m2, dispose de systèmes automatiques avancés...
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