Encore peu connu en France, le Photovoltaïques Intégré au Bâtiment ou Building Integrated PhotoVoltaics (BIPV) est toutefois largement connu et pratiqué chez nos voisins européens. Derrière cet acronyme, se cache une véritable approche architecturale, fonctionnelle et esthétique d’intégration de solutions photovoltaïques. Le principe consiste à remplacer les matériaux utilisés traditionnellement dans la réalisation de l’enveloppe des bâtiments et des équipements urbains, par leur équivalent photovoltaïque tout en assurant la même fonction. Le BIPV s’oppose au BAPV (Building Applied Photovoltaics ou Photovoltaïque appliqué au bâtiment), qui consiste à poser des modules photovoltaïques sur des surfaces existantes par surimposition. Le BAPV ne vient pas en remplacement.
La toiture est souvent la première piste pour installer des panneaux photovoltaïques. Néanmoins elle est de plus en plus utilisée pour y accueillir les équipements techniques nécessaires au fonctionnement du bâtiment, limitant ainsi la surface disponible. Le reste de l’enveloppe, à savoir les façades, peut donc se révéler un complément intéressant et peut même dans certains cas représenter une surface proportionnellement plus importante dès lors que l’on construit des bâtiments plus grands. Pour se faire rapidement une idée du gisement, et sans rentrer dans des détails techniques et technologiques précis, nous avons simulé le Quartier d’Affaires de la Défense. Si on équipait l’ensemble des façades des immeubles du Quartier avec des solutions BIPV, l’électricité produite pourrait potentiellement couvrir jusqu’à 25% des besoins énergétiques du Quartier. Donc, sans compter les autres applications qu’offre la ville et bien que cette simulation soit utopique, on se rend bien compte que les toitures à elles seules ne pourront pas y parvenir, et que des surfaces disponibles et pertinentes, la ville, et au moins l’ilot, en dispose en grande quantité.
Les solutions photovoltaïques appliquées et intégrées aux bâtiments répondent aux défis énergétiques et environnementaux actuels et à venir. En effet, selon les projets et les situations, jusqu’à 100% du besoin électrique peut être couvert grâce à des solutions de façades actives et faciliter ainsi l’émergence des bâtiments autonomes en énergie. De plus, elles contribuent à réduire l’empreinte carbone des bâtiments sur l’ensemble de leur cycle de vie, notamment lors de la phase d’exploitation grâce à la production d’une énergie renouvelable et locale.
De même, judicieusement positionnées dans un mur rideau ou une verrière les cellules photovoltaïques peuvent agir comme des milliers de mini brise-soleil, permettant ainsi de limiter les apports solaires pour un meilleur confort thermique et une réduction des besoins en rafraichissement. Enfin, ces solutions ne demandent aucune emprise au sol ce qui libère des espaces pour accueillir et développer la biodiversité.
En général, les panneaux BIPV sont des verres feuilletés de sécurité dans lesquels des cellules photovoltaïques ont été encapsulées. Ils doivent alors respecter les normes électriques photovoltaïques mais aussi les codes de la construction pour pouvoir être mis en œuvre sur les bâtiments et mobiliers urbains. La longévité de ces solutions est donc équivalente aux verres feuilletés de sécurité utilisés traditionnellement pour d’autres applications dans la construction et leur puissance est garantie pour au moins 20 ans. De plus, leur mise en œuvre n’est techniquement pas compliquée, puisque les solutions BIPV nécessitent les mêmes systèmes d’intégration que les matériaux traditionnels qu’elles remplacent.
On peut donc installer des solutions BIPV dans des garde-corps et balcons, des ombrières, des verrières, des murs-rideaux et double-peaux, des façades opaques et allèges, en toiture avec des tuiles PV…
Deux grandes familles de technologies co-existent, la famille de type « Cellules » qui représentent environ 95% du marché et la famille dite « couches minces ».
La famille de type « cellules » reposent sur l’usage de silicium cristallin, monocristallin, polycristallin, cellules dont les performances peuvent être optimisées en combinant diverses technologies « cellules Back Contacts », PERC, Hétérojonction etc.
La famille dite « couches minces » englobent différents types de matériaux qui sont la plupart du temps déposé sur un « substrat », souvent du verre, en fine pellicule, d’où le terme couche mince. On compte parmi les différents matériaux déposés en couches minces le CdTe (Tellure de Cadmium), le CIGS (Cuivre/Indium/Gallium/Sélénium), le Silicium Amorphe (aSi) et d’autres matériaux émergents organiques (OPV) ou Perovskite.
Contrairement aux installations photovoltaïques de fermes solaires, qui font désormais parties de notre paysage, en ville, où le cadre urbain est imaginé par les urbanistes et les architectes, et particulièrement en France, où l’on peut rapidement se retrouver sur ou à proximité de sites protégés, l’intégration esthétique et paysagère est primordiale. Les industriels du secteur ont donc développé des matériaux BIPV esthétiques, qui peuvent être semi-transparents, opaques, colorés ou à motifs, enrichissant ainsi la palette des concepteurs pour laisser libre cours à leur créativité, sans être bridé par l’image du photovoltaïque traditionnel. De plus, des solutions photovoltaïques peuvent être imaginées et fabriquées sur mesure dans le cadre de réhabilitation de patrimoine historique par exemple, avec des rendus esthétiques imitant les matériaux originels employés comme la brique, le marbre, la pierre…
Bien que les solutions et leurs fournisseurs industriels existent depuis près de 15 ans, le BIPV reste un secteur de niche dans le marché des installations photovoltaïques, mais de nombreux facteurs tendent à montrer que ces solutions vont connaitre un essor rapide en milieu urbain. Pour dynamiser le marché, ActivSkeen a été créé en 2018 par le Groupe Soletanche Freyssinet (VINCI) afin d’accompagner les décideurs, développeurs et concepteurs ainsi que les constructeurs pour intégrer de manière pérenne et optimisée ces solutions.
ActivSkeen est un bureau d’études techniques et d’ingénierie photovoltaïque spécialisé en BIPV. Nous intervenons aussi bien pour la conception et le dimensionnement d’installations photovoltaïques classiques en toiture que pour des intégrations BIPV dans l’enveloppe du bâtiment.
Pour nous, le bâtiment dans sa globalité représente un potentiel photovoltaïque intéressant à exploiter. Notre savoir-faire et notre expertise nous permettent de l’étudier finement en fonction de son environnement mais aussi des attentes programmatiques et économiques de nos clients.
Il existe de nombreux bureaux d’études photovoltaïques mais nous sommes certainement un des seuls à maitriser l’intégration de solutions BIPV qui nécessitent de mobiliser des compétences certes en ingénierie photovoltaïque mais aussi plus largement en ingénierie électrique et en ingénierie de façade.
Par habitude et facilité de dimensionnement, la toiture est largement privilégiée au détriment des autres surfaces disponibles sur le bâtiment, mais chez ActivSkeen nous n’opposons pas le PV en toiture vs BIPV puisque nous sommes capables de les imaginer, de les concevoir, de les dimensionner et de les intégrer esthétiquement autant l’une que l’autre.
De plus, conscients du rôle que peut jouer l’enveloppe active des bâtiments dans la transition écologique, nous proposons aussi des compétences en énergétique du bâtiment, confort thermique et lumineux et bilan carbone, pour valoriser l’ensemble des bénéfices qu’apportent ces solutions PV et BIPV sur votre projet.
Le plus tôt possible sur votre projet, dès que vous établissez votre programme ou que l’architecte débute l’esquisse de votre projet. Pourquoi ? Car les choix programmatiques mais aussi l’implantation, l’orientation et la morphologie du bâtiment influeront sur la performance de la production photovoltaïque et pour vous assurer de concevoir les solutions et systèmes qui répondront aux normes et réglementations du bâtiment et du photovoltaïque, évitant ainsi toute situation de non-conformité dans les phases ultérieures du projet.
En tant que Bureau d’études techniques et d’ingénierie photovoltaïque, nous pouvons intervenir en tant que maitrise d’œuvre dans l’établissement des documents nécessaires à la conception, l’approvisionnement, la construction et l’exploitation des systèmes photovoltaïques et ce tout au long du projet.
En tant qu’Assistant à Maitre d’ouvrage technique, nous pouvons vous assister dans l’élaboration de votre stratégie environnementale et énergétique liée à l’intégration du BIPV et assurer ensuite durant tout le projet, un pilotage unique et global, simplifiant les interfaces entre disciplines classiquement silotées.
Enfin nous pouvons intervenir ponctuellement selon l’avancement de votre projet et des compétences déjà en place au sein de votre équipe :
– Avec des études d’opportunité et de faisabilité technique dès l’esquisse et avant le dépôt du PC : SolarCheck, SolarDiag et SolarExplo
– Pour le design de solutions adaptées et spécifiques aux contraintes techniques et architecturales (conception, prototypage, calepinage, rendu 3D..)
SOLARCHECK : Etude d’opportunité PV
Dès la programmation d’un nouveau bâtiment ou pour examiner un patrimoine existant, nous étudions le potentiel photovoltaïque sur l’ensemble de votre opération avec une modélisation 3D simplifiée pour une analyse rapide et décisive
SOLARDIAG : Etude de faisabilité technico-économique PV & BIPV
Sur la base d’un SOLARCHECK concluant, nous approfondissons la faisabilité technique et économique de l’intégration de solutions PV et BIPV sur l’esquisse de votre projet. Sur cette base, vous disposez de toutes les informations décisionnelles pour passer rapidement à l’action.
SOLAREXPLO : Bilan de performance environnementale des solutions PV
En complément du SOLARDIAG, nous étudions l’intérêt environnemental des solutions PV & BIPV sur votre opération. Nous pouvons ainsi analyser le confort lumineux et thermique, l’autonomie lumineuse, le bilan énergétique, l’impact carbone et leur contribution à l’obtention des certifications environnementales.