Seulement 2%! Pourquoi le BIPV n'est-il toujours pas appliqué à grande échelle?
Seulement 2%! Pourquoi le BIPV n'est-il toujours pas appliqué à grande échelle?
Au cours des dix dernières années, la croissance rapide du photovoltaïque a atteint un marché mondial d'environ 100 GWc installés annuellement, ce qui signifie qu'environ 35 à 400 millions de modules solaires sont produits et vendus chaque année. Cependant, leur intégration dans les bâtiments reste un marché de niche. Selon le dernier rapport du projet de recherche UE Horizon 2020 PVSITES, seulement environ 2% de la capacité photovoltaïque installée a été intégrée dans les bâtiments en 2016. Ce chiffre insignifiant est particulièrement accrocheur quand on considère plus de 70% de la consommation d'énergie. Le dioxyde de carbone produit dans le monde est consommé dans les villes et environ 40 à 50% de toutes les émissions de gaz à effet de serre proviennent des zones urbaines.
Afin de relever ce défi des gaz à effet de serre et de promouvoir la production d'électricité sur site, le Parlement européen et le Conseil ont introduit la directive 2010/31 / UE sur la performance énergétique des bâtiments en 2010, dont le concept est "Bâtiments à consommation d'énergie quasi nulle (NZEB)". La directive s'applique à tous les nouveaux bâtiments construits après 2021. Pour les nouveaux bâtiments destinés à accueillir des institutions publiques, la directive est entrée en vigueur au début de cette année.
Aucune mesure spécifique n'est spécifiée pour obtenir le statut NZEB. Les propriétaires de bâtiments peuvent prendre en compte divers aspects de l'efficacité énergétique, tels que l'isolation, la récupération de chaleur et les concepts d'économie d'énergie. Cependant, le bilan énergétique global d'un bâtiment étant un objectif réglementaire, pour atteindre la norme NZEB, la production d'énergie active dans ou autour du bâtiment est essentielle.
Potentiel et défi
Il ne fait aucun doute que la mise en œuvre du photovoltaïque jouera un rôle important dans la conception des futurs bâtiments ou dans la transformation des infrastructures existantes des bâtiments. La norme NZEB sera une force motrice pour atteindre cet objectif, mais elle n'est pas la seule. La photovoltaïque intégrée au bâtiment (BIPV) peut être utilisée pour activer des zones ou des surfaces existantes afin de produire de l'électricité. Par conséquent, aucun espace supplémentaire n'est nécessaire pour apporter plusPVdans la zone urbaine. Le potentiel d'électricité propre générée par la production d'énergie photovoltaïque intégrée est énorme. Comme l'institut Becquerel l'a découvert en 2016, la part potentielle de la production d'électricité BIPV en Allemagne dans la demande totale d'électricité dépasse 30%, et même environ 40% pour les pays plus du sud (comme l'Italie).
Mais pourquoi les solutions BIPV jouent-elles encore un rôle marginal dans le secteur solaire? Jusqu'à présent, pourquoi sont-ils rarement pris en compte dans les projets de construction?
Afin de répondre à ces questions, le centre de recherche Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) en Allemagne a organisé un séminaire l'année dernière et a communiqué avec les parties prenantes de tous les domaines du BIPV pour mener une analyse des besoins. Les résultats montrent que ce n'est pas un manque de technologie en soi.
Lors du séminaire HZB, de nombreuses personnes de l'industrie de la construction mettent en œuvre des projets nouveaux ou de rénovation, et elles ont reconnu qu'il y avait un manque de sensibilisation au potentiel et aux technologies de soutien du BIPV. La plupart des architectes, des urbanistes et des propriétaires d'immeubles ne disposent tout simplement pas de suffisamment d'informations pour intégrer la technologie photovoltaïque dans leurs projets. En conséquence, il existe de nombreuses réserves sur le BIPV, telles qu'un design attrayant, un coût élevé et une complexité prohibitive. Afin de surmonter ces malentendus évidents, les besoins des architectes et des constructeurs doivent être mis en premier, et la compréhension de la façon dont ces parties prenantes perçoivent le BIPV doit être au centre des préoccupations.
Fonction et style
Le BIPV se caractérise par le fait que les modules solaires font partie intégrante de l'enveloppe du bâtiment et deviennent donc un élément de bâtiment multifonctionnel. En plus de produire de l'électricité, le composant doit désormais également assumer d'autres fonctions du mur extérieur du bâtiment.
L'alternative la plus connue aux installations de toiture traditionnelles est les modules solaires, qui sont intégrés fonctionnellement et esthétiquement directement sur le toit. Par conséquent, ces composants peuvent non seulement générer de l'électricité, mais également servir de toit pour se protéger du vent et de la pluie. S'ils sont visibles, dans le cas d'un toit en pente, les modules solaires affecteront également l'apparence du bâtiment. La diversité des éléments de toiture conventionnels nécessite également des éléments actifs PV avec un degré élevé de variabilité de forme, de couleur et d'apparence. Des modules de verre-verre homogènes de grande surface sont nécessaires, ainsi que de petits systèmes, tels que des tuiles de toit, dont la forme et la couleur correspondent parfaitement aux tuiles de toit conventionnelles.
Des normes similaires sont également valables pour les modules solaires utilisés comme éléments de mur extérieur, mais ici, la qualité esthétique est particulièrement importante. Il existe différents types de façades actives PV. Les modules solaires installés en tant que façades froides ventilées peuvent facilement remplacer les éléments traditionnels des murs-rideaux ventilés. Mais la solution peut également être utilisée comme élément de façade chaleureux, par exemple en se collant directement à la façade. Outre l'étanchéité, l'isolation thermique ou l'isolation phonique sont d'autres attributs que les éléments de façade actifs PV peuvent fournir.
Concernant la fonction esthétique des éléments de façade, il existe déjà différents concepts sur le marché. Les composants de couleur vont de l'anthracite / noir au gris, bleu, vert, jaune et même"d'or". Par exemple, ces couleurs peuvent être obtenues en utilisant un verre avant spécial contenant une structure à nano-couches. Il est important que la puissance de sortie de ce type de module ne soit pas trop réduite. Par rapport au module traditionnel avec verre frontal transparent, sa puissance de sortie initiale peut atteindre plus de 80%.
Une alternative à l'utilisation de cette vitre frontale spéciale est l'impression céramique. Cette technologie permet d'obtenir des couleurs uniformes et une autre caractéristique appréciée des architectes: la possibilité d'imprimer presque n'importe quelle structure ou image sur le dessus du module. En fait, cette fonction rend les cellules solaires qui composent le module presque invisibles pour l'observateur. Cependant, cette impression affecte plus fortement la puissance de sortie finale. Mais comme les cellules solaires sont presque complètement invisibles, cette technologie peut également être appliquée aux modules à cristal de haute puissance, de sorte qu'elle peut être utilisée comme un élément architectural avec une valeur esthétique élevée et une puissance élevée.
La troisième technique pour créer des éléments BIPV colorés consiste à utiliser des feuilles colorées. Le coût de cette technologie est inférieur et, plus important encore, elle permet presque toutes les couleurs. Grâce à cette fonction, les chercheurs du Centre suisse d'électronique et de microtechnique (CSEM) sont en mesure de développer des modules de cellules solaires blanches. En principe, ce type de développement peut"Activer" un grand nombre de façades blanches conventionnelles dans le monde.
L'intégration de cellules ou de modules solaires dans des éléments d'ombrage est une manière intéressante de combiner protection solaire et production d'énergie. Par exemple, cela peut être réalisé en utilisant du verre avec une couverture très fine et uniforme de matériau photovoltaïque actif. Les technologies à couches minces telles que les semi-conducteurs organiques (OPV), les CIGS (séléniure / sulfite de cuivre-indium et de gallium) ou le silicium à couches minces conviennent parfaitement à de telles applications.
En variante, si des cellules de silicium cristallin sont disposées selon un motif dans un module verre-verre ou ont un grand espace entre les cellules, la translucidité peut également être obtenue en utilisant des cellules de silicium cristallin. Ce concept est utilisé dans les systèmes d'installation en hauteur avec les murs rideaux en verre verticaux. Il peut également être installé dans un dispositif d'ombrage mobile pour réduire la lumière du soleil à certaines heures de la journée.
Toutes ces méthodes prouvent que les modules solaires BIPV peuvent fournir des fonctions supplémentaires et résoudre des problèmes esthétiques, ce qui les rend plus attractifs pour les architectes. Cependant, par rapport aux modules d'optimisation de sortie conventionnels, ils s'accompagnent également d'un certain degré de réduction de puissance de sortie. Malgré la perte de puissance, leurs avantages esthétiques et fonctionnels les rendent toujours attractifs pour l'industrie de la construction, et l'accent mis par l'industrie de la construction sur l'optimisation de la production d'énergie a été considérablement réduit. Compte tenu de cela, les éléments BIPV doivent être comparés aux éléments de construction non électriques conventionnels.
Changer de mentalité
Le BIPV est différent des systèmes solaires de toit traditionnels à bien des égards. Traditionnelsystèmes solaires de toitne nécessitent pas de multi-fonctions, ni ne prennent en compte l'esthétique. Si vous développez des produits à intégrer dans des éléments architecturaux, les fabricants doivent reconsidérer. Les architectes, les constructeurs et les utilisateurs de bâtiments devaient initialement mettre en œuvre des fonctions conventionnelles dans l'enveloppe du bâtiment. De leur point de vue, la production d'électricité est une propriété supplémentaire. En outre, les développeurs d'éléments BIPV multifonctionnels doivent également prendre en compte les éléments suivants:
Développer des solutions personnalisées rentables pour les éléments de construction à énergie solaire de taille, forme, couleur et transparence variables;
Fixer des normes et des prix attractifs (idéalement peut être utilisé pour des outils de planification établis, tels que la modélisation des informations du bâtiment (BIM);
Intégrer des éléments photovoltaïques dans de nouveaux éléments de façade grâce à la combinaison de matériaux de construction et d'éléments générateurs d'énergie;
Élasticité élevée contre les ombres temporaires (partielles);
Stabilité à long terme et stabilité à long terme et dégradation de la puissance de sortie, et stabilité à long terme et dégradation de l'apparence (comme la stabilité des couleurs);
Développer des concepts de suivi et de maintenance pour s'adapter aux conditions spécifiques du site (tenir compte de la hauteur d'installation, remplacer les modules ou éléments de façade défectueux);
Et répondez aux exigences légales de sécurité (y compris la protection contre les incendies), du droit de la construction, du droit de l'énergie et d'autres exigences légales.
La question de la conformité réglementaire est un défi pour toutes les parties prenantes. Les codes et réglementations du bâtiment dans le secteur de l'énergie dépendent généralement fortement des réglementations locales. Non seulement ils sont différents d'un pays à l'autre, mais ils s'écartent souvent considérablement les uns des autres dans différents États, villes et même communautés locales. Cependant, il n'est pas seulement nécessaire de s'adapter à l'industrie de l'énergie solaire.
L'industrie de la construction doit être consciente de sa responsabilité envers la société dans son ensemble. Les projets de construction neuve et de rénovation doivent explicitement prendre en compte la consommation d'énergie et la production d'électricité sur place. Les architectes et le personnel de construction doivent être disposés à utiliser de nouveaux matériaux et éléments qui fournissent des fonctions de production d'électricité supplémentaires. Ils doivent également accepter les changements dans leur processus de planification régulier, car les aspects électriques doivent être pris en compte au stade du concept.
Réduire l'écart
L'intégration de la production d'énergie photovoltaïque dans les bâtiments est un défi pour toutes les parties prenantes. Non seulement il y a des connaissances sur la technologie et les possibilités, mais il y a aussi des écarts entre les cultures. Afin de combler ces lacunes, un pont doit être construit entre le monde de la construction et le monde de l'énergie. Le défi doit être géré par tous: architectes et urbanistes; fabricants de matériaux et de composants; et les départements de recherche et développement. Ces défis sont généralement de nouveaux défis pour tous les participants et sont affectés par les préjugés existants. Ce sont des défis aux multiples facettes et, pour l'essentiel, ils ne peuvent être relevés ensemble qu'après avoir accepté un changement de mentalité.
