Installations photovoltaïques intégrées au bâtiment : tout savoir sur les systèmes BIPV
Que sont les systèmes BIPV ?
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Le secteur de la construction contribue fortement au changement climatique, et représente 38 % des émissions mondiales de carbone.
En 2021, les émissions de CO2 relatives à l’exploitation des bâtiments ont atteint un niveau record d’environ 10 GtCO2, soit une augmentation de 5 % par rapport au niveau de 2020. Par conséquent, le secteur de la construction doit clairement se tourner vers une approche plus verte pour lutter contre le changement climatique tout en répondant à la demande d’une population en pleine croissance.
C’est ici que les installations photovoltaïques intégrées au bâtiment (BIPV) entrent en jeu. Un système BIPV est un type de système solaire qui peut être utilisé comme composant fonctionnel conventionnel d’un bâtiment tout en générant également de l’électricité à partir de l’énergie solaire.
Un système BIPV peut remplacer les éléments de construction traditionnels, tels que les toits, les façades et les puits de lumière, ce qui constitue une prodigieuse avancée dans l’intégration harmonieuse des systèmes photovoltaïques solaires aux structures architecturales modernes.
Les systèmes BIPV ont déjà été intégrés à une grande variété de bâtiments dans le monde, de l’emblématique École internationale de Copenhague au Danemark, avec ses systèmes BIPV de 700 kW qui fournissent 50 % de la consommation d’électricité annuelle totale du campus, à l’impressionnant Solar Ark au Japon, dont les systèmes BIPV comptant 5 000 panneaux solaires génèrent 630 kW, soit au total environ 500 000 kWh d’énergie par an.
Face à la croissance du marché mondial des systèmes BIPV, évalué en hausse à environ 10,8 milliards de dollars en 2022, et au nombre sans cesse croissant de personnes en quête de solutions vertes de production d’énergie à long terme, il est clair que les systèmes BIPV sont là pour durer.
Dans cet article, nous examinons la différence entre les systèmes BIPV et les systèmes photovoltaïques classiques, les variétés de systèmes BIPV, leurs avantages, ainsi que des exemples concrets de systèmes BIPV existant à travers le monde.
Quelle est la différence entre les systèmes BIPV et les systèmes photovoltaïques classiques ?
Pour commencer, il est important de clarifier la différence entre les systèmes photovoltaïques classiques, également appelés systèmes photovoltaïques appliqués au bâtiment (BAPV), et les systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV).
Une différence clé est que les modules photovoltaïques des systèmes BIPV font partie intégrante de l’architecture du bâtiment et sont incorporés dans la construction elle-même. Les systèmes BIPV font structurellement partie du bâtiment. Par conséquent, ils ne nécessitent ni racks ni équipements de montage, contrairement aux systèmes photovoltaïques classiques.
Les systèmes BAPV classiques, en revanche, sont fixés au bâtiment, ce qui signifie qu’ils sont amovibles et remplaçables. Les systèmes BIPV font l’objet d’une planification pendant la phase architecturale de la construction, tandis que les systèmes BAPV peuvent être intégrés ultérieurement au processus de construction.
Une autre différence entre les systèmes BIPV et BAPV est que les modules photovoltaïques des systèmes BIPV peuvent également remplir des fonctions pratiques pour le bâtiments, telles que fournir une isolation ou un abri, en plus de leur rôle principal qui est d’alimenter le bâtiment en électricité.
En outre, dans les projets BAPV, les panneaux solaires sont souvent installés sur des toitures, alors que les projets BIPV disposent de bien plus d’espace libre potentiel exploitable. Vous pouvez utiliser la façade du bâtiment pour générer de l’énergie solaire. Lorsqu’elle absorbe les rayons du soleil, elle réduit simultanément la température interne du bâtiment.
Par ailleurs, les systèmes BAPV classiques ne servent qu’à produire de l’électricité pour le bâtiment à l’aide de l’énergie solaire, et ne remplissent aucune autre fonction supplémentaire.
En matière de choix entre les systèmes BIPV et BAPV, les architectes peuvent prendre en compte l’adéquation de ces technologies solaires aux exigences spécifiques des occupants du bâtiment.
Par exemple, outre la production d’électricité, les systèmes BIPV peuvent fournir des avantages supplémentaires, tels que l’incorporation de modules photovoltaïques semi-transparents à couches minces pour obtenir une lumière du jour naturelle ou l’intégration de systèmes thermiques solaires pour capter l’énergie thermique, qui peut produire de l’eau chaude ou assurer le chauffage et le refroidissement des locaux.
Quelles sont les variétés de systèmes BIPV ?
Il existe de nombreuses variétés de systèmes BIPV, qui façonnent l’avenir de nos bâtiments. Dans cette section, nous soulignons quelques-unes des plus courantes dans l’architecture moderne.
Commençons par les toits solaires complets. Il s’agit d’installations dans lesquelles les panneaux solaires forment le toit d’un bâtiment, utilisant des tuiles solaires (parfois appelées bardeaux solaires) pour transformer toute surface orientée vers l’extérieur en générateur d’électricité.
Ensuite, vient la façade solaire. Il s’agit d’une installation dans laquelle des modules photovoltaïques à couches minces sont utilisés sur des surfaces courbes ou des façades semi-transparentes pour maximiser l’efficacité énergétique du bâtiment. Cette approche est particulièrement utile sur des structures architecturales sans forme conventionnelle, car les modules photovoltaïques à couches minces sont flexibles et plus pliables que les panneaux plus épais conçus pour des surfaces planes.
Pour finir, une autre variété courante de système BIPV est visible dans les fenêtres et les puits de lumière solaires. Elle permet non seulement de conserver l’éclairage naturel qui pénètre dans une pièce, mais aussi de générer de l’électricité à partir de l’énergie solaire.
Quels sont les avantages des systèmes BIPV ?
Efficacité énergétique
L’utilisation par les systèmes BIPV d’énergie solaire pour générer de l’électricité se traduit par une faible dépendance des bâtiments aux ressources énergétiques pour leur alimentation. L’énergie solaire est une ressource entièrement renouvelable. Par conséquent, le recours aux sources épuisables traditionnelles comme le gaz ou le charbon s’en trouve réduit.
Esthétique
Contrairement aux panneaux solaires des systèmes BAPV, ceux des systèmes BIPV s’intègrent à la conception du bâtiment. Cela permet aux architectes d’incorporer de manière intrinsèque les modules photovoltaïques à l’identité visuelle du bâtiment, grâce à la combinaison de forme et de fonction qu’offrent les systèmes BIPV.
En règle générale, cette conception est privilégiée par les architectes, qui considèrent souvent que la nature complémentaire des panneaux solaires BAPV classiques et leurs fixations et supports de montage entachent l’esthétique du bâtiment.
En tant que partie intégrante de la structure du bâtiment, les modules BIPV sont également personnalisables en matière de taille, de couleur et de forme afin de mieux épouser la conception globale du bâtiment. Ainsi, ils peuvent s’intégrer à toutes les structures, des maisons aux gratte-ciel.
Réduction des coûts opérationnels
Les systèmes BIPV ne sont pas seulement une source d’énergie plus verte : leur adoption est également considérée comme une décision financière avisée. La réduction des factures d’énergie diminue considérablement les coûts opérationnels des systèmes BIPV.
Cette réduction des coûts de matériel et d’électricité rime également avec un meilleur retour sur investissement du bâtiment, ce qui fait des systèmes BIPV un choix judicieux pour la durabilité financière et environnementale sur le long terme.
Fiabilité
Une fois installés, les systèmes BIPV sont plus fiables et nécessitent une maintenance minimale.
Cela signifie que les bâtiments peuvent bénéficier sur le long terme d’une production d’énergie stable sans les opérations régulières d’entretien et de maintenance, ce qui réduit davantage les dépenses associées.
Conception compacte
L’intégration des systèmes BIPV aux murs externes, aux fenêtres ou aux toits d’un bâtiment signifie qu’aucun espace supplémentaire n’est utilisé par les fixations et supports encombrants.
Le choix d’une solution compacte dès le départ du processus de conception du bâtiment permet aux architectes et aux entreprises de construction d’optimiser chaque centimètre d’espace occupé par les systèmes BIPV, et ce, pour une capture d’énergie et une génération d’électricité plus efficaces.
Avant de démarrer un projet BIPV, veillez à consulter les opérateurs locaux pour vous assurer qu’il est conforme aux lois et réglementations.
Réduction de la pollution
La génération d’énergie verte sans émission de polluants ni de gaz à effet de serre fait des systèmes BIPV une excellente solution pour réduire nettement l’empreinte carbone des bâtiments.
Par ailleurs, et en particulier dans les pays chauds et très ensoleillés, les systèmes BIPV offrent un avantage supplémentaire : leur utilisation pour fournir de l’ombre et de l’isolation pour un bâtiment peut également contribuer à réduire sa consommation d’énergie globale.
L’ombrage des fenêtres au moyen de systèmes BIPV, par exemple, peut aider à réduire la quantité de chaleur qui pénètre dans le bâtiment. Cela diminue en retour le recours à la climatisation et aux autres systèmes de refroidissement énergivores, ce qui fait baisser la consommation d’énergie et les émissions de carbone associées.
Rôle des micro-onduleurs Hoymiles dans les systèmes BIPV
Pour optimiser les performances des systèmes BIPV, il est particulièrement important de les intégrer dans la conception initiale du bâtiment, en remplaçant les matériaux traditionnels comme les bardeaux de toiture par des composants photovoltaïques tels que des bardeaux photovoltaïques, par exemple.
L’intégration des systèmes BIPV dès le départ dans la conception architecturale réduit les dépenses supplémentaires relatives à l’incorporation ultérieure de systèmes BAPV, qui peuvent faire ombre au tableau de la conception du bâtiment et rajouter les contraintes d’installation de systèmes de montage séparés.
De plus, une plus grande surface d’installation des modules photovoltaïques dans le cadre des projets BIPV augmente le risque d’exposition de certains des panneaux solaires à l’ombre à certains moments de la journée ou d’une saison à l’autre. Pour pallier cette situation, les micro-onduleurs Hoymiles permettent donc un fonctionnement indépendant de chaque module photovoltaïque. Ainsi, les modules ombragés n’affectent pas la production d’énergie des autres modules du système.
Le fonctionnement interne des systèmes BIPV soulève un problème. Contrairement aux projets solaires classiques, les projets BIPV ne s’appuient sur aucune structure existante, comme un toit, par exemple. Tout poids supplémentaire pourrait endommager le système BIPV ou le rendre trop lourd pour être supporté en toute sécurité par le bâtiment. Par conséquent, toute intégration potentielle doit faire l’objet d’une évaluation.
Cela signifie également que les onduleurs utilisés dans le cadre de ces projets doivent être légers.
Chez Hoymiles, nous fournissons des micro-onduleurs compatibles avec les projets BIPV. Ils sont donc suffisamment compacts et légers pour s’adapter à tout système BIPV.
En Chine, une gare ferroviaire a utilisé les micro-onduleurs Hoymiles dans ses panneaux solaires BIPV de toiture pour faire en sorte d’exploiter l’énergie solaire propre sans surcharger inutilement la structure.
En Finlande, les micro-onduleurs Hoymiles ont été utilisés dans les tuiles de toiture BIPV d’un chalet au bord du lac afin de tirer pleinement parti du soleil estival tout en maintenant la structure légère et efficace.
Conclusion
Dans un monde en lutte contre les changements climatiques et avec le secteur de la construction qui pèse 38 % des émissions mondiales de carbone, les systèmes BIPV apparaissent comme une solution transformatrice.
La combinaison de forme et de fonction au profit de l’exploitation de l’énergie solaire et de la production d’électricité, doublée d’une intégration harmonieuse à l’architecture des bâtiments, offre une flexibilité esthétique et réduit la dépendance aux autres sources d’énergie et les coûts opérationnels.
Qui plus est, les systèmes BIPV diminuent considérablement la pollution en générant une énergie propre. L’essor du marché des systèmes BIPV, évalué à environ 10,8 milliards de dollars en 2022, démontre clairement qu’ils deviennent de plus en plus un choix majeur pour les technologies d’énergie verte dans le secteur de la construction.
