12 Juin 2015
Les panneaux photovoltaïques intégrés aux toitures constituent une solution technique déplorable pour les raisons suivantes:
La production maximale d’un panneau est obtenue lorsque les rayons solaires sont perpendiculaires au plan du panneau, ce qui ne peut être réalisé qu’en orientant automatiquement le panneau en fonction de la course du Soleil ( Tracking solaire à deux axes, genre héliostat). Le toit d’un bâtiment étant évidemment fixe, la condition optimale ne sera jamais réalisée, sinon par hasard une fois par an ! Or dans nos régions tempérées la perte de production par rapport à l’optimal peut atteindre 45% voire plus.
Le photovoltaïque intégré au toit est ainsi la seule technologie dans laquelle un tel gâchis est toléré, et qui plus est financé par l’Etat qui achète l’électricité ainsi produite !
Mais ce n’est pas tout. Le matériau photovoltaïque est conçu pour absorber le maximum d’énergie solaire afin de délivrer le maximum de courant; il y a donc très peu d’énergie réfléchie. La transformation de l’énergie solaire en électricité s’effectue avec un rendement très faible, de l’ordre de 15% à 25 °C jonction pour les meilleurs panneaux. Le reste de l’énergie reçue est dissipée en chaleur dans le matériau et la température de jonction augmente considérablement si le panneau est mal refroidi, ce qui est le cas d’une installation intégrée au toit car la ventilation est très mauvaise, voire inexistante.
Le rendement R du matériau photovoltaïque décroît quand la température augmente, réduisant ainsi les performances. La perte de rendement est en moyenne de 0,4 % par °C :
R = Ro x 0,996 Exp ( dT)
Un rendement de 15% à 25°C se trouve réduit à 12,5% à 70°C jonction, et 11% à 90 °C, ce qui n’est pas rare en été.
Avec un panneau mal ventilé la température de jonction peut atteindre 100°C, et la limite opérationnelle de 90°C est dépassée. ( Ces conditions sont courantes en été dans le Sud de la France en absence de vent). Par ailleurs la durée de vie des panneaux est raccourcie pour ces températures élevées, ce que prouvent les essais de vieillissement accéléré.
Enfin les panneaux sur toitures sont en permanence exposées aux intempéries, et ne disposent d’aucun dispositif de protection.
Ajoutons l’inconvénient supplémentaire d’une installation qui nécessite des modifications de charpente et de couverture avec les problèmes d’étanchéité associés, et la complexité ( et le coût) des interventions en hauteur pour l’entretien et la maintenance.
Ce système est cependant largement répandu car il a la réputation ( jamais démontrée) d’être un placement financier sûr en raison du tarif de rachat garanti par le fournisseur d’énergie. Il s’agit alors d’exploiter un effet d’aubaine financière plutôt que de faire œuvre écologique.
La manière écologique de construire une installation solaire est celle qui vise à obtenir la production maximale de la surface consacrée au captage de l’énergie, tout en préservant la durée de vie du matériau. L’énergie solaire reçue sur une surface donnée doit être entièrement convertie en électricité et/ou en chaleur « noble ».
Les installations solaires « sérieuses » mettent en œuvre des procédés qui minimisent les inconvénients cités plus haut. Le minimum est de ménager la possibilité d’une bonne ventilation naturelle ou artificielle par circulation de fluide ( panneaux hybrides). La production est grandement améliorée par l’adjonction d’un système de tracking solaire.
Aujourd’hui les installations photovoltaïques domestiques sont conçues dans un but de profit financier, l’efficacité énergétique passant au second plan. Peut importe le rendement pourvu que le bilan financier global soit positif grâce au prix de rachat avantageux.
Demain l’autosuffisance énergétique sera recherchée, il faudra justifier d’un minimum d’efficacité énergétique en affichant une production d’électricité et/ou de chaleur respectant un seuil d’équivalent kWh annuels par m2 de sol occupé. Vis-à-vis de l’énergie solaire la ressource est constituée par des m2 disponibles. Leur nombre étant limité, leur utilisation devra être optimale.
Aujourd’hui le prix de l’électricité de réseau au tarif réglementé est l’un des plus bas d’Europe. Demain cette énergie devra être vendue à son prix réel, c’est-à-dire pour l’électricité deux ou trois fois le prix actuel. Rechercher l’autosuffisance énergétique ne sera alors plus seulement un acte écologique mais une démarche de saine gestion, car le prix des installations photovoltaïques ne peut que baisser dans l’avenir. Il sera alors important de tirer le maximum de cette technologie car les mètres carrés disponibles sont limités.
Une alternative aux classiques panneaux intégrés aux toitures est proposée par une société Autrichienne ( Encolution) dont les produits sont distribués en exclusivité par EDF-ENR, il s’agit du concept Smart-Flower.
Le « Smart Flower » est un dispositif autonome plug and play qui comporte 12 panneaux en forme de pétales de fleur disposés autour d’un axe qui leur permet de se déplier à la façon d’un éventail. Une fois déplié l’ensemble présente une surface circulaire de 4,80 m de diamètre pour une surface active de 18 m2 environ pour une puissance de 2,7 kWc. L’axe de la « fleur » est fixé au sommet d’un pilier de 3,40 m de hauteur et peut être orienté ( motorisé) pour maintenir la surface des « pétales » perpendiculaire aux rayons solaires. En cas de nécessité les pétales se replient et se placent automatiquement dans un coffre abri.
Cette disposition supprime donc tous les inconvénients des panneaux fixes sur toitures et présente une esthétique plus acceptable. De plus l’entretien et la maintenance sont facilités par un dispositif automatique de nettoyage. La pose est simplifiée puisque la machine est livrée complète incluant l’onduleur et qu’il suffit de la fixer au sol ( Un petit socle en béton et quatre boulons) et de la raccorder à l’installation domestique.
En cas de déménagement l’appareil se transporte aisément.
Pour une puissance crête comparable à celle d’une installation intégrée en toiture, la production est supérieure de 40% grâce au tracking solaire et à un meilleur refroidissement des panneaux.
Il s’agit d’un exemple intéressant de ce qu’il est possible de proposer en relève ou en complément des solutions classiques intégrées aux toitures.
Une autre solution permettant d’améliorer significativement le rendement énergétique consiste à utiliser des panneaux hybrides. Ces panneaux intègrent une surface photovoltaïque refroidie par la circulation d’un fluide caloporteur qui recueille la chaleur normalement perdue dans l’Atmosphère. Cette chaleur est transférée à un ballon pour usages ECS ou chauffage.
De plus la production des panneaux PV est améliorée grâce au contrôle de la température des cellules par le fluide de refroidissement. Le rendement énergétique global de cette cogénération atteint plus de 60% contre 12 à 13% pour un panneau classique bien souvent surchauffé.
Nul doute que ces solutions, et d’autres, remplaceront dans l’avenir les solutions actuelles peu efficaces énergétiquement.
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