Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) : au-delà de la valeur et des défis des composants eux-mêmes

Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) est souvent perçu comme un secteur où les produits photovoltaïques, peu compétitifs, tentent de pénétrer le marché. Cependant, Bjorn Rau, directeur technique et directeur adjoint de PVcomB au Helmholtz-Zentrum Berlin, estime que cette vision est peut-être erronée. Il souligne que le maillon manquant dans le déploiement du BIPV se situe à l'intersection du secteur de la construction, des entreprises du bâtiment et des fabricants de panneaux photovoltaïques.

Extrait du magazine PV

Le développement rapide de l'industrie photovoltaïque au cours de la dernière décennie a porté sa capacité installée annuelle à un marché mondial d'environ 100 gigawatts (GWc), ce qui signifie qu'environ 350 à 400 millions de modules solaires sont produits et vendus chaque année. Cependant, son intégration dans les bâtiments reste un marché de niche. Selon un récent rapport du projet de recherche européen « Horizon 2020 » PVSITES, seulement 2 % environ de la capacité photovoltaïque installée était intégrée à l'enveloppe des bâtiments en 2016. Ce chiffre minime est particulièrement frappant car plus de 70 % de la consommation énergétique mondiale et environ 40 à 50 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent des zones urbaines.

Afin de relever le défi des gaz à effet de serre et de promouvoir la production d'électricité sur site, le Parlement européen et le Conseil ont adopté en 2010 la directive 2010/31/UE relative à l'efficacité énergétique des bâtiments, axée sur le concept de « bâtiments à consommation d'énergie quasi nulle ». Cette directive s'applique à tous les nouveaux bâtiments construits après 2021. Elle est entrée en vigueur au début de cette année pour les nouveaux bâtiments destinés à accueillir des institutions publiques.

L'instruction ne prévoit pas de mesures spécifiques pour atteindre le statut NZEB. Les propriétaires de bâtiments peuvent envisager des mesures d'efficacité énergétique telles que l'isolation, la récupération de chaleur et les solutions d'économie d'énergie. Cependant, l'équilibre énergétique global des bâtiments étant un objectif réglementaire, la production d'électricité active à l'intérieur ou autour des bâtiments est essentielle pour respecter les normes NZEB.

Potentiel et défis

Il ne fait aucun doute que les applications photovoltaïques joueront un rôle important dans la conception architecturale future ou la rénovation des infrastructures existantes. La norme NZEB sera le moteur de cet objectif, mais pas le seul. Le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) peut être utilisé pour activer des zones ou des surfaces existantes pour la production d'électricité, permettant ainsi l'ajout d'applications photovoltaïques en zone urbaine sans nécessiter d'espace supplémentaire. Le potentiel de production d'électricité propre par les systèmes photovoltaïques intégrés est énorme. Comme l'a constaté l'Institut Becquerel en 2016, en Allemagne, la part potentielle de la production d'électricité BIPV dans la demande totale d'électricité dépasse 30 %, tandis que dans les pays plus méridionaux (comme l'Italie), elle avoisine même les 40 %.

Mais pourquoi les solutions BIPV ne jouent-elles encore qu'un rôle marginal dans le secteur de l'énergie solaire ? Pourquoi sont-elles jusqu'à présent rarement prises en compte dans les projets de construction ?

Pour répondre à ces questions, le Centre Helmholtz pour les matériaux et l'énergie (HZB) de Berlin, en Allemagne, a organisé un séminaire l'année dernière et a communiqué avec des acteurs de divers domaines du BIPV, réalisant une analyse des besoins. Les résultats montrent que le problème ne provient pas du manque de technologie en soi.

Lors du séminaire HZB, de nombreux professionnels du bâtiment, impliqués dans des projets neufs ou de rénovation, ont admis un manque de connaissances concernant le potentiel du BIPV et des technologies associées. La plupart des architectes, urbanistes et maîtres d'ouvrage manquent tout simplement d'informations pour intégrer la technologie photovoltaïque à leurs projets. Par conséquent, le BIPV suscite de nombreuses inquiétudes, notamment concernant son design peu attrayant, son coût élevé et sa complexité excessive. Pour surmonter ces malentendus évidents, il est essentiel de donner la priorité aux besoins des architectes et des maîtres d'ouvrage, et de comprendre leur perception du BIPV est primordial.

La transformation du mode de pensée

Le BIPV diffère des systèmes solaires traditionnels sur toiture par de nombreux aspects, qui ne nécessitent ni multifonctionnalité ni considérations esthétiques. Si les fabricants souhaitent développer des produits destinés à être intégrés aux composants du bâtiment, ils doivent repenser cette approche. Architectes, constructeurs et utilisateurs s'attendaient initialement à ce que l'enveloppe du bâtiment remplisse des fonctions classiques. De leur point de vue, la production d'électricité n'est qu'un attribut supplémentaire. De plus, les développeurs de composants BIPV multifonctionnels doivent également prendre en compte les aspects suivants :

• Développer des solutions personnalisées rentables pour les composants de bâtiments solaires actifs avec des tailles, des formes, des couleurs et une transparence variables ;

• Établir des normes et proposer des prix attractifs (de préférence applicables à des outils de planification matures tels que la modélisation des informations du bâtiment (BIM)) ;

• En intégrant les matériaux de construction et les composants de production d’énergie, les composants photovoltaïques sont intégrés dans le nouveau type de composants de façade.

• Possède une tolérance élevée aux ombres temporaires (locales) ;

• Assurer la stabilité à long terme, faire attention à l'atténuation à long terme de la puissance de sortie, ainsi qu'à la stabilité à long terme et à la détérioration de l'apparence (comme la stabilité des couleurs) ;

• Élaborer des plans de surveillance et de maintenance qui s’adaptent aux conditions spécifiques du site (prise en compte de la hauteur d’installation, du remplacement des composants défectueux ou des composants de façade) ;

• Se conformer aux exigences légales et réglementaires, telles que la sécurité (y compris la prévention des incendies), les codes du bâtiment, les réglementations énergétiques, etc.