Pourquoi il ne faut pas intégrer le photovoltaïque, mais alors définitivement pas!

Non, non je n’ai pas mis de côté la conclusion finale sur l’équation de Kaya, il se trouve juste que j’aimerais bien donner un peu de punch à la fin de série et qu’en conséquence, je prends mon temps.

Par ailleurs, l’actualité me pousse à m’intéresser à un sujet sensible sans aucun délai.

Comme beaucoup le savent, les services d’urbanisme exigent souvent que les installations solaires photovoltaïques soient intégrées dans la toiture même, et j’avais déjà mentionné par le passé qu’il s’agit d’une hérésie (voir post du 8 juin 2013 Comment tuer …). Note : les réflexions qui suivent concernent spécifiquement le solaire photovoltaïque et non pas le solaire thermique pour lequel la réflexion se révèle plus complexe, car il y a des plus et des moins.

Aujourd’hui, la question revient sur le devant de la scène, car les motions solaires préparées avec mon collègue vert’libéral Giovanni Tarantino vont être discutées au Grand Conseil Neuchâtelois.

Notre motion, sans aucun doute la plus importante, visant à limiter les possibilités de nuisance arbitraire des monuments hystériques et associés sur des bâtiments de moindre importance doit être défendue avec énergie (si j’ose le dire ainsi) et une des questions liées, mis à la part la taille de l’installation admissible, sera justement celle du besoin d’intégrer les panneaux dans la toiture ou non.

En six points, j’aimerais vous démontrer une fois pour toute qu’il ne faut définitivement pas intégrer les centrales solaires photovoltaïques sur des toits pentus. Il me semble utile ici de rappeler que la transition énergétique portée par notre Conseillère Fédérale Doris Leuthard ne se limite pas à une réaction émotionnelle dictée par un événement extraordinaire (Fukushima), mais au contraire correspond à une nécessité extrêmement urgente de décarboner notre consommation énergétique. Le réchauffement climatique tue déjà aujourd’hui, et il tuera encore bien plus demain. Opposer des critères parfaitement subjectifs, beau contre pas beau, et dans tout les cas de faible importance, à une réalité objective scientifiquement prouvée et d’une gravité extrême relève, à mon sens, effectivement de l’hystérie. On peut même parler ici de crime contre l’humanité. A ce sujet, on peut citer le rapport des services secrets américains sur les risques environnementaux prédisant à peu de chose près l’enfer sur terre d’ici quelques dizaines d’années au plus. Il est donc essentiel que les installations solaires réalisées offrent la vraie performance attendue de manière à obtenir la contribution maximum possible pour lutter contre ce défi sans commune mesure menaçant l’humanité tout entière.

Pour rendre palpable, ce dont nous allons parler dans ce post, à ceux de mes lecteurs qui ne sont pas trop versés dans les détails techniques de l’énergie solaire, il existe deux méthodes principales pour installer des panneaux solaires sur une toiture pentue couverte de tuiles.  La solution la plus simple consiste à glisser sous certaines tuiles des crochets venant se fixer dans la poutraison, serpentant dans l’épaisseur entre deux tuiles et dépassant à l’air libre de quelques centimètres pour permettre d’accrocher soit directement des modules solaires soit un lattage en aluminium pour plusieurs modules solaires. Ainsi la toiture préexistante est toujours présente sous les modules solaires. Concrètement, cela donne quelque chose comme ceci :ou encore Dans l’autre méthode, on déconstruit complètement la toiture sur une surface légèrement plus grande que celle des panneaux photovoltaïques prévus, on ré-installe une nouvelle étanchéité devant venir se joindre par un jeu de garnitures du genre bitume dessous et métallique dessus sur la partie de toiture conservée, et on fixe les panneaux solaires dans l’espace ainsi créé avec une finition voulant donner l’impression d’une continuité de la toiture. Il est à noter qu’ainsi l’espace sous les modules solaires est clos. Deux images pour vous rendre l’ensemble plus palpable, la première en phase de préparation, la deuxième pour un exemple de résultat final :

Aspect premier le coût

Intégrer dans la toiture coûte plus cher c’est évident, mais combien au juste? La bonne réponse est trop aujourd’hui et encore nettement plus demain.

A l’instant où j’écris ces lignes, 1 kWp sur une installation moyenne dans une configuration normale coûte environ CHF 2’500.–, l’intégration en sus coûte environ 150.–/m2 soit globalement CHF 1’000.–, puisque 1kWp nécessite entre 6 et 7 m2, pour donc un surcoût de 40% calculé depuis le prix de départ normal sans intégration.

A futur, nous (à comprendre la branche photovoltaïque) espérons pouvoir diminuer le coût du kWp à environ CHF 1’500.– (horizon 2020). Le coût de l’intégration aura pendant ce temps augmenté, car on ne parle pas ici d’une technologie qui s’améliore encore mais simplement du renchérissement des coûts liés aux matériaux de construction ainsi que de la main d’œuvre associée. Considérer une augmentation de 20% sur cette position semble plutôt conservateur qu’autre chose, dès lors ces CHF 1’200.– (les 1000.– actuels + 20%) représenteront un surcoût de 80% de ces CHF 1’500.–, ce qui est complètement insupportable au sens premier du terme.

Aspect second la production énergétique

Non seulement, une installation intégrée coûte nettement plus cher, mais en plus elle produit moins ! Comment est-ce possible ?

Pour le comprendre, il suffit de se remémorer ses cours d’électricité et de la notion de résistance variable à la température. Le photovoltaïque extrait l’énergie des photons et non de la chaleur, d’où son nom d’ailleurs. Une hausse de la température induit une baisse de l’efficience de la conversion (en général -0.5% par °C supplémentaire). On parle ici d’effet Joule. Un module solaire à une température 20°C plus élevée va donc produire 10% d’énergie en moins que le même module toutes autres conditions restant identiques.

Or voilà, une installation intégrée souffre d’une ventilation totalement insuffisante. Une étude conduite en 2001 par le National Institute of Standards and Technology sur la question de température de modules intégrés ou non intégrés montrait montrait une perte de 10% de production. Plus récemment, l’EU a géré un projet de recherche sur cette question précise en 2007 et est arrivée à la conclusion que l’intégration conduisait à une perte de production moyenne de 15%.

Pour ma part, je retiens ce chiffre en attirant l’attention sur ceci : plus les modules photovoltaïques deviennent performants plus ils sont sensibles à cet effet. L’étude de 2007 a été réalisée sur des produits de 2005-2006 donc avec une efficience d’environ 12 à 14%. Aujourd’hui nous exploitons usuellement des modules à 16-18%, et en 2020 nous devrions être dans la plage 22-25% . Je ne serais pas étonné si cette perte de production venait à atteindre une valeur proportionnelle à l’accroissement d’efficience soit grosso modo 25% ! L’évaluation sommaire proposée  ici apparaît en tout cas cohérente avec l’évolution constatée entre les deux études mentionnées ci-dessus.

Aspect N°3 La durée de vie

Récemment le Fraunhofer Institut a publié une étude dans laquelle il est affirmé que les installations solaires déployées actuellement peuvent espérer avoir une durée de vie d’environ 40 ans. Cette augmentation de la longévité a été gagnée essentiellement par une amélioration de la qualité des soudures et également celle du laminage.

Parallèlement à la question de la perte de rendement ci-dessus, la question thermique va aussi nous embêter ici. En effet, si le module atteint régulièrement des températures 30, 40 voir 50°C plus élevées, l’effort mécanique dû à la dilatation augmentera également en proportion. Il s’agit d’une question d’usure par fatigue des matériaux, une fois ça va, deux fois ça va, mais 365 fois par an *quelques dizaines d’années bonjour les ruptures internes.

Les ingénieurs de l’usine livrant les panneaux solaires de notre entreprise nous ont indiqué avoir estimé une réduction de vie pouvant effectivement atteindre les 50% d’une durée normale pour les modules intégrés par opposition aux modules en pose classique. En clair, cela signifie qu’une installation intégrée risque fort de pouvoir être exploitée de manière satisfaisante sur seulement 20 ans au lieu des 40 ans qui auraient été possibles normalement.

Aspect N°4 L’énergie grise

Intégrer une installation photovoltaïque nécessite une énergie grise supplémentaire considérable. On pense ici aux matériaux de construction nécessaires ainsi qu’aux travaux supplémentaires commençant par la déconstruction de la toiture existante, la création d’une nouvelle étanchéité, la jonction entre le nouvel ensemble et la partie de toiture conservée, et enfin à la fin de vie de l’installation s’il faut replanifier un ensemble complet.

Il me semble franchement absurde de vouloir parler de soutien aux énergies renouvelables, si on commence par imposer des dépenses conséquentes d’énergie justement sans que cela n’apporte aucun avantage bien au contraire.

On peut aussi l’exprimer autrement. Sous nos latitudes, une installation photovoltaïque usuelle et normalement optimisée compense l’énergie grise nécessaire à sa production, au transport, à la pose, et enfin au recyclage en fin de vie en 4 ans en moyenne. J’estime que l’intégration double ce besoin en énergie grise. Dès lors, une installation normale produira durant 40-4 ans = 36 environ 9* (9*4=36) l’investissement d’énergie initial en énergie utile et réellement disponible pour nos besoins et non pas seulement ce qui est nécessaire pour refaire des modules solaires. Le même calcul pour la variante intégrée est nettement moins flatteur, car 20-8 ans = 12 conduit à seulement 1.5* (8*1.5=12) l’énergie investie, cela se passe de commentaire!!

Aspect N°5 Maintenance et évolutivité

La maintenance d’une installation photovoltaïque est en général faible. Toutefois, après quelques années, et surtout dans le cadre d’une installation intégrée, on ne peut exclure la nécessité de devoir changer un module ou l’autre, ne serait-ce que suite à un dommage dû aux forces de la nature (genre grêle ou un coup de foudre). La branche photovoltaïque est plutôt conservatrice, mais des évolutions apparaissent tout de même au fil des années. S’arranger sur une installation en pose décollée est chose aisée, mais sur une installation intégrée avec des dimensions fixées une fois pour toute (aussi bien sur largeur et longueur qu’épaisseur), sans même parler de la fonction étanchéité, n’est tout simplement pas possible.

La même question se posera de manière encore plus criante lorsqu’il faudra faire évoluer toute l’installation. 20 ans après, on peut garantir que les nouveaux modules ne s’adapteront plus et il faudra faire une reprise complète avec une répétition de coûts absurdes.

Ou alors, de nombreux propriétaires laisseront tout simplement “tomber” et l’installation sera laissée en place même si devenue presque totalement inefficace et ils referont une autre installation. De toute évidence, on nous annonce un magnifique patchwork!

Aspect N°6 La réversibilité

Pour moi, l’absurdité totale se constate ici. Les services d’urbanisme insistant pour des installations intégrées n’ont tout simplement rien compris ! Une installation classique en fin de vie peut être démontée de manière aisée (sous-entendu avec des coûts modestes) et on retrouve la toiture d’origine intacte!

Si vous relisez le paragraphe ci-dessus, je n’ai pas besoin de vous expliquer encore une fois que la même constatation ne s’applique mais alors pas du tout au cas des installations intégrées. Une seule chose mérite d’être encore dite ici, en imaginant une installation intégrée démontée dans 20 ans, mon expérience de professionnel de l’immobilier me fait douter sincèrement qu’il sera possible alors de retrouver les mêmes tuiles pour reconstituer une toiture uniforme.

Factuellement, une installation décollée garantit infiniment mieux la protection du patrimoine, si réellement celle-ci est souhaitable!!!

Au final, le vrai problème tourne autour de la faisabilité de la transition énergétique. Je ne voudrais pas rentrer dans une démonstration trop complexe ici, mais en résumé succinct les grandes choses n’étant que la somme des petites, si chaque immeuble voit sa production d’énergie renouvelable amputée d’un quasi 50% en additionnant les facteurs qui précèdent, et beaucoup plus encore si nous prenons en considération le souhait des mêmes services d’urbanisme de limiter drastiquement la taille des installations permises, il est manifeste que la transition, souhaitée par la population et indispensable pour donner une chance à notre planète, ne sera tout simplement pas possible.

Il semble utile d’ici de rappeler les grandes lignes de notre objectif. Nous devons en premier lieu compenser les 45% d’énergie électrique apportées dans le réseau par les sources non-renouvelables, mais également transférer la consommation de fuel domestique ou gaz pour le chauffage de nos habitations, passer à l’électro-mobilité, et enfin assurer à nos industries l’énergie dont notre économie a besoin.

Idéalement chaque immeuble devrait couvrir au minimum ses besoins soit en consommation électrique de ses habitants, ou alternativement couvrir totalement ses besoins énergétiques en terme de chauffage partant de l’idée que les autres besoins seraient couverts par des sources centralisées (barrages, éoliennes, …). Si ce minimum n’est pas atteint, il n’y a même pas besoin de faire des calculs, nous sommes dans une impasse.

Mon collègue Giovanni aura la lourde tâche de défendre les motions que nous avons préparés ensemble, du fond du cœur mes vœux l’accompagnent! Pour le bien des générations futures, forza Giovanni!!

Laurent-david JOSPIN

Sources:
National Institute of Standards and Technology, Mark W. Davis, A. Hunter Fanney and Brian P. Dougherty, “Prediction of Building Integrated Photovoltaic Cell Temperatures
Projet EU IP Performance SP6, Berrie van Kampen et auteurs associés, “Actual temperature of Building Integrated PV Modules
National Intelligence Council, “Global Trends 2030

7 thoughts on “Pourquoi il ne faut pas intégrer le photovoltaïque, mais alors définitivement pas!

  1. Sylvain Tissot

    D’accord avec vos arguments, les panneaux intégrés devraient être réservés à des cas particuliers tels que bâtiments historiques.

    De plus j’ajouterai que les pertes énergétiques causées par la dépose des tuiles sous les capteurs n’est pas négligeable, un panneau photovoltaïque n’isolant pas de la même manière que les tuiles, ainsi que les jointures qui peuvent être à l’origine de pertes de chaleur.

    Reply
  2. O.Meylan

    Monsieur,
    Ayant pris connaissance des informations que vous publiez concernant le montage intégré de modules photovoltaïques, je souhaite vous informer que suite à un relevé de production effectué sur deux installations disctinctes, réalisées dans notre région, une en montage apposé et l’autre en montage intégré, il s’avert qu’il n’y a pas de différence de niveau de production par rapport à une production de référence de 1000h/an à puissance nominale, et ceci sur les trois dernières années.
    Le montage intégré n’induit donc pas forcément une baisse de production.
    Avec mes salutations ensoleillées,
    O.Meylan

    Reply
    1. admin Post author

      Bonjour Monsieur Meylan,
      En premier lieu merci d’avoir pris le temps de me lire et de commenter ce post.
      En ce qui concerne les deux installations dont vous parlez, je puis déjà faire un premier commentaire à chaud : 1000 heures/an de ratio de productivité est assez quelconque.
      Je vous cite comme exemple l’installation que nous avons réalisé à Onex et qui souffre des handicaps suivants :
      - beaucoup de suie des chauffages et du traffic urbain
      - caché derrière un groupe d’immeubles (masque d’horizon médiocre)
      - faible ventilation du site de par les barres d’immeubles sur les cotés (particulièrement remarquable en été)
      - azimut de la centrale non idéal compte tenu de l’orientation du bâtiment
      Malgré tout ceci, cette installation produit une moyenne de 1190 kWh/kWp par an sur les 3 dernières années également. Pour vous donner une autre référence, une installation en campagne genevoise et souffrant moins des problèmes ci-dessus produit encore 7% de plus kWh/kWp.
      Je suis convaincu qu’il y a un problème ou une faiblesse sur votre installation en montage décollé, car 1000 kWh/kWp est acceptable pour une installation intégré mais certainement pas pour une installation décollée.
      Si cela vous intéresse, vous pourriez envisager une recherche par thermographie pour voir s’il a des pertes soit au niveaux de certaines cellules, des boîtes de jonction, ou encore des raccords de cablage.
      Il ne m’est par contre pas possible de vous en dire plus sans connaître plus précisément les sites en question.
      Toutes meilleures salutations
      Laurent Jospin

      Reply
  3. Jérémy

    Cher Monsieur JOSPIN,

    Je suis tombé par hasard sur votre blog en faisant des recherches et je ne peux m’empêcher de réagir à de tels propos.

    Vous basez toute votre théorie sur un très mauvais exemple d’installation intégrée. Essayez de vous imaginer la crédibilité que vous accorderiez à un ardent défenseur des installations intégrées qui baserait toutes ses théories sur le pire exemple possible d’installation ajoutée…
    De plus, il faut placer les choses dans leur contexte: les installations ajoutées se destinent aux toitures ayant une couverture en bon état, couverture devant durer au moins aussi longtemps que l’installation PV qui sera installée dessus.
    Les installations intégrées, à contrario, se destinent aux nouvelles construction ou aux toitures dont la couverture arrive en fin de vie.
    Donc comparer une installation ajoutée à une installation intégrée sur une même toiture n’est pas particulièrement pertinent.

    Je vais reprendre ci-dessous vos points l’un après l’autre, sans pour autant rentrer dans les détails, et vais tenter d’élargir votre vision des choses:

    Le coût
    Effectivement, le coût de l’intégré est plus important. C’est également pour cela que la subvention fédérale est plus importante pour les installations intégrées. Cette différence ne comble pas la totalité de cette différence, certes, mais c’est tout de même un point à prendre en considération.
    Pourquoi cette différence de prix?
    - Une installation intégrée doit jouer le rôle de couverture, ainsi la complexité du système est plus importante donc le prix est plus élevé.
    - Une installation intégrée se veut esthétique, intégrée au mieux à la toiture. Le prix est donc plus élevé.
    Peut-être n’êtes vous pas sensible à l’esthétique des toits, mais beaucoup de propriétaires, d’architectes, de responsables du patrimoine et de professionnels du toit le sont. Donc mis à part les aspects techniques, que nous aborderons dans les points suivants, les installations intégrées offrent un net avantage esthétique par rapport aux installations ajoutées, et ceci est indéniable. Et c’est ce qui justifie un coût plus élevé.
    De plus, si on imagine une nouvelle construction où du PV est prévu dès le départ, il y a de très bonnes chances pour que l’installation intégrée soit moins chère (ou même prix) que l’ajoutée. Une des raisons réside dans les m2 de couverture standard ne devant pas être achetée grâce à l’espace occupé par le PV.
    Encore une chose: l’installation d’une centrale PV ajoutée sur une toiture dont la couverture est en mauvais état risque au final de coûter très très cher, bien plus qu’une installation intégrée; si la couverture commence à laisser passer l’eau sous les panneaux ajoutés peu après l’installation, il faut non-seulement démonter toute la centrale PV, mais également refaire toute la toiture, puis finalement réinstaller toute la centrale PV (en perçant la couverture neuve). De plus, il faut espérer que l’installateur PV garantisse encore quelque chose.
    Par contre, lors d’une installation intégrée, on démonte de toute façon la couverture, on voit l’état global de la toiture, on réfléchi à une éventuelle réfection de toiture, et même si on ne rénove pas, le système garantit l’étanchéité, donc la garantie-produit fait foi.

    La production d’énergie
    Un panneau solaire photovoltaïque ventilé correctement produira tout autant d’énergie, qu’il soit ajouté ou intégré. Tout réside dans la température vous avez raison, mais ça ne veut pas dire que l’intégré est toujours mal ventilé. Il a effectivement plus de chance d’être mal ventilé, mais c’est une malfaçon, pas un problème d’intégré ou d’ajouté…

    La durée de vie
    Un panneau solaire photovoltaïque ventilé correctement vieillira tout aussi bien en étant intégré qu’en étant ajouté. Ce qui influera surtout sur sa durée de vie est la façon dont il est conçu.
    À noter aussi que les panneaux intégrés supportent généralement mieux les charge de neige. Donc vous pouvez appliquer votre exemple de cycle au phénomène de la flexion dû à la neige, et vous comprendrez que tout n’est pas si rose pour l’ajouté.

    L’énergie grise
    Tout dépend de l’énergie grise des composants utilisés. Donc ça dépend complètement, vous ne pouvez pas généraliser. De plus, un panneaux ajouté demande généralement plus de matière qu’un panneau intégré; tout le métal pour la structure de soutien représente bien plus qu’un solin sur le fond du champs intégré accompagné de quatre tôles de ferblanterie… Pour couronner le tout, il y a plein de systèmes intégrés qui ne nécessitent aucun solin d’étanchéité, seulement de simple ferblanteries (et le cuivre n’est pas très “gris” entre soit dit), et tout le reste ne sont que des éléments de toute façon présents dans une toiture sans PV.

    L’évolutivité et la réversibilité
    C’est votre point le plus pertinent. Cependant, si vous pensez que les panneaux ajoutés garderons le même format durant les 30 prochaines années, sachez que ce n’est pas mon cas. Je le souhaite, évidemment, mais ça m’étonnerait beaucoup. De plus, il est fort probable que dans les 30 prochaines années des formats standard de panneaux intégré émergent…

    Pour résumer, je vous recommande de considérer les choses dans leur ensemble lorsque vous effectuez des comparaisons. Les installations ajoutées se destinent aux toitures existantes en bon état, et les installations intégrées se destinent aux nouvelles construction ou aux toitures dont la couverture arrive en fin de vie.
    Au final, l’intégré a beaucoup d’avantages sur l’ajouté en nouvelle construction et en réfection de toiture. Il faut simplement assurer une bonne circulation de la lame d’air et respecter les directives de pose des constructeurs afin que le produit soit installé correctement.

    Salutations,

    Jérémy

    Reply
    1. admin Post author

      Bonjour,
      A voir …
      Ce post a été écrit en 2014 et 5 ans plus tard des évidences doivent encore être démontrées point par point

      Reply

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