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La réalisation de façades photovoltaïques intégrées au bâtiment (BIPV) avec des modules conventionnels noir et bleu a représenté une première étape d’innovation dans le processus de transfert du PV dans les bâtiments durables...
Le BIPV en couleur

21 juin 2021

Modules colorés produit par Sunage SA. Source : SUPSI

La réalisation de façades photovoltaïques intégrées au bâtiment (BIPV) avec des modules conventionnels noir et bleu a représenté une première étape d’innovation dans le processus de transfert du PV dans les bâtiments durables. Aujourd’hui, les architectes recherchent d’autres produits BIPV pour concevoir des façades active avec des langages architecturaux nouveaux. Pour cette raison, les fabricants de modules BIPV ont commencé à personnaliser les modules BIPV afin de répondre aux exigences des architectes et des clients..

 

Quels sont les techniques de coloration utilisée pour obtenir des modules BIPV colorés ?

Ces dernières années, plusieurs techniques de personnalisation différentes ont été développées et adoptées pour obtenir des modules BIPV colorés ou texturés. Certaines de ces techniques sont présentées ci-après:

 

  • Couches intermédiaires colorées : une couche intermédiaire d’une certaine couleur et/ou d’un certain motif peut être laminée à l’intérieur du module en tant qu’encapsulant, donnant un aspect coloré ou texturé.

 

  • Encapsulant coloré : Au lieu d’utiliser des intercalaires colorés supplémentaires, l’encapsulant lui-même peut être constitué de polyvinylbutyral (PVB) coloré pour obtenir des verres colorés avec différents degrés de transparence.

 

  • Filtres solaires spéciaux : des filtres de diffusion et de réflexion, tels que des filtres sélectifs du point de vue spectral ont été mis au point pour l’application sur vitre frontal. Ces filtres se caractérisent par leur capacité à se comporter différemment selon les longueurs d’onde de la lumière. Cela permet d’obtenir un aspect coloré ou texturé homogène qui cache complètement les cellules photovoltaïques qui convertissent encore une partie du rayonnement solaire.

 

  • Traitement du verre frontal : Les traitements typiques du verre pour obtenir un verre coloré peuvent également être appliqués pour personnaliser le verre frontal des modules BIPV. Ces traitements de couleur comprennent le verre fritté (une pâte céramique colorée est appliquée sur le verre avant que celui-ci ne soit trempé pour produire un verre coloré avec différents degrés de transparence), le verre imprimé numériquement (une encre spéciale est déposée sur les surfaces du verre pour produire un verre coloré ou décoré avec différents degrés de transparence) ou le verre coloré par lots (des additifs chimiques sont ajusté pendant des étapes spécifiques de la production du verre pour produire un verre coloré semi-transparent.

 

Comment un verre frontal coloré affect-t-il l’enveloppe BIPV?

De nombreuses caractéristiques peuvent être influencées par un verre frontal teinté, telles que : l’aspect esthétique, l’effet d’éblouissement et la production de PV, entre autres.

 

Aspect esthétique
L’utilisation d’un verre frontal teinté permet de dissimuler partiellement ou totalement les cellules photovoltaïques, ce qui permet aux architectes et aux concepteurs de façade de ne pas être dépendants de la configuration carrée ou rectangulaire des cellules des modules photovoltaïques classiques. Au contraire, ils peuvent travailler avec des surfaces colorées homogènes et façonner le langage architectural de la façade en jouant sur la personnalisation du module photovoltaïque.

 

Effet d’éblouissement
L’effet d’éblouissement des modules photovoltaïques a été étudié pour éviter les éblouissements handicapants à proximité des aéroports (par exemple Jakubiec, J. A. & Reinhart, C. F., 2014). Mais l’éblouissement produit par le verre photovoltaïque peut avoir un impact sur les zones urbaines et leurs habitants. Par précaution, cet effet doit être réduit autant que possible par des mesures préventives grâce à des solutions et des techniques économiquement supportables. Un éblouissement gênant pourrait entraîner une perturbation importante du bien-être. L’intensité et la durée de l’éblouissement doivent donc être soigneusement pesées pour ne pas être nuisible ou gênantes. Les matériaux sombres et opaques sont préférables car ils ont une fiable réflecitivté1. La position et la fonction du point d’observation soumis à l’éblouissement jouent également un rôle, qui comprend une composante psychologique et subjective. En ce qui concerne le confort, dans le cas des modules semi-transparents, la qualité de l’éclairage naturel dans l’environnement intérieur, l’uniformité, le facteur de lumière du jour ou la probabilité d’éblouissement peuvent tous influencer la consommation énergétique2.

Il est intéressant de mentionner que le verre frontal photovoltaïque, constitué de verre dépoli au lieu du verre solaire standard, a un effet de dispersion qui entraîne une réduction significative de l’effet d’éblouissement. Cette solution peut être particulièrement intéressante lorsque les modules BIPV sont installés comme éléments de façade.

 

 

Production PV
Lorsqu’un verre solaire frontal standard est remplacé par un verre coloré personnalisé, les cellules photovoltaïques arrière sont soumises à une réduction du rayonnement incident qui peut se traduire par une diminution de l’énergie produite. Afin d’étudier l’impact d’un verre frontal de couleur différente sur le comportement des modules BIPV, des recherches préliminaires ont été menées à la SUPSI dans le cadre d’un projet de recherche collaboratif avec SUNAGE SA soutenu par la Commission suisse pour la technologie et l’innovation, n°CTI 27973.1 INNO-IW.
Plusieurs prototype BIPV ont été réalisés en combinant deux options de conception principales pour le verre frontal, à savoir le type de verre (verre solaire et verre dépoli) et le type de couleur (bleu, vert, terracotta, gris clair et gris foncé) avec une fiable application de couverture de couleur. Grâce à des campagnes de mesure internes et externes, les consideration suivantes sont déjà apparues:

 

  • Influence du type de verre: lorsqu’on utilise un verre dépoli au lieu d’un verre solaire standard, on constate que les cellules photovoltaïques sont moins ‘’visibles’’ à l’œil humain car il y a un effet de diffusion sur la couche frontale. Du point de vue du comportement électrique, les mesures effectuées à l’intérieur montrent que le verre dépoli a une efficacité supérieure à celle du verre solaire, car la réflexion spéculaire typique du verre est évitée. Des examens plus détaillés seront effectués dans l’environnement extérieur.

 

  • Influence du type de couleur: l’application de différentes couleurs sur le verre frontal avec la même quantité de couverture de couleur implique un comportement électrique différent des modules BIPV. Cela est dû aux propriétés spectrales des couleurs appliquées qui peuvent influencer différemment la puissance de sortie de la cellule photovoltaïque. Les mesures effectuées à l’intérieur et à l’extérieur montrent que les couleurs bleu et vert entraînent les pertes de puissances les plus faibles, suivies des couleurs terre-cuite et gris clair, tandis que le couleur gris foncé entraîne la perte de puissance la plus élevée..

 

Image d’aperçu de l’article sur la page d’accueil: ColorBlast® de SolarLab.

 

1] Guide relatif à la procédure d’annonce et d’autorisation pour les installation solaires (disponible en DE, FR, IT), February 2021, Swissolar – SuisseEnergie, Office fédéral de l’énergie. Stickelberger, D.; Moll, C. Jäger, C.; Toggweile, P.

 

2] Méthode expérimentale pour la caractérisation de différentes technologies photovoltaïques intégrées au bâtiment dans des conditions de travail réelles (disponible en E). Polo Lopez, C. – PhD Thèse, Architecture, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), Madrid, Octobre 2015.

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