BiPV

Introduction

Les exigences actuelles d’augmenter de manière significative le taux d’énergie renouvelable pour satisfaire les besoins énergétiques, pousse à une utilisation toujours croissante du photovoltaïque (PV) dans l’enveloppe du bâtiment, s’ouvrant aux thématiques de l’intégration architecturale et constructive. En outre, bien qu’il existe déjà plusieurs exemples d’intégration dans les bâtiments suisses, jusqu’ici, l’installation photovoltaïque sur les édifices s’est focalisée sur les aspects énergétiques, plaçant les aspects figuratifs, constructifs et fonctionnels à l’arrière-plan du projet architectural. La directive européenne 2010/31/EU a établi que, à partir de 2020, tous les nouveaux édifices devront être des bâtiments Nearly-Zero Energy Buildings (NZEB, soit des édifices à bilan énergétique nulle). En Suisse, cette directive est déjà implémentée à l’intérieur du standard Minergie-A. Cela aura un impact tant sur les nouveaux projets édifices (stratégie passive, choix appropriés des matériaux et de systèmes efficaces) réduisant les besoins énergétiques de ces derniers, que sur la diffusion des ressources renouvelables (comme le photovoltaïque ou solaire thermique) in situ, qui produira le taux d’énergie nécessaire restante. Compte tenu de la popularité croissante des technologies solaires, en particulier des systèmes PV, il est nécessaire d'empêcher leur utilisation sans discernement dans la construction. Il convient donc que les professionnels travaillant dans le processus de construction savent qu'ils peuvent compter sur l'offre la plus innovante de la technologie PV: l'intégration constructive et architecturale des éléments photovoltaïques au bâti (BIPV). Étant à la fois une partie de l'enveloppe du bâtiment / système et un générateur de puissance, les systèmes BIPV permettent de réduire les coûts d'investissement initiaux, la matière et le travail nécessaire pour la mise en place par rapport à une construction traditionnelle où les modules photovoltaïques ne remplacent pas la construction traditionnelle éléments.
BiPV est une technologie multi-fonctionnel qui peut être adapté de façon optimale sur les nouvelles constructions ainsi que les bâtiments existants.  Merci à l'exploitation sur place de la technologie photovoltaïque la quantité d'énergie grise nécessaire pour la réalisation de la construction du système + installation photovoltaïque est réduite. L'utilisation de sources d'énergie non renouvelables et / ou de combustibles fossiles ainsi que les émissions de gaz à effet de serre est également réduite.  Cela permet à la technologie BIPV pour être l'un des secteurs de l'industrie photovoltaïque avec le taux de croissance le plus élevé.

L’acronyme BiPV se réfère aux systèmes et concepts au sein desquels l’élément photovoltaïque assume, en plus de la fonction productrice d’électricité, le rôle d’un élément de la construction. Au cours de ces dernières années, l’intégration des modules dans l’architecture évolue fortement. Les nouveaux produits, par dimensions et caractéristiques, sont en gré de remplacer intégralement certains éléments constructifs traditionnels.  Par élément de construction, nous entendons un composant utilisé dans le bâtiment comme partie de l’enveloppe de l’édifice (élément de couverture du toit, revêtement de façade, surface vitrée), dispositif de protection solaire (écrans solaires), élément architectonique «accessoire» (marquise, parapet de balcon, etc.) et tout autre élément architectonique nécessaire au bon fonctionnement de l’édifice (protection visuelle et acoustique). Cette définition exclut par conséquent les installations «indépendantes» de l’édifice, tel que les panneaux solaires montés sur des supports appuyés ou fixés sur les toits ou autres parties d’un édifice qui n’assume aucune autre fonction en dehors celle de la production d’électricité (solutions adoptée par la majorité des surfaces photovoltaïques installées actuellement). 
En plus de trouver une application dans la construction dans son sens stricte, les installations sont également considérées comme étant «intégrées» lorsqu’elles sont appliquées à des structures «urbaines» et de transport (marquises indépendantes, abris pour voitures, structures sportives et de jeux, arrêts de bus, etc.).

 BIPV: fonction et esthétique

Le concept BIPV , comme typique dans la construction et l'architecture , comporte deux aspects complémentaires . Le premier est la multi- fonctionnalité de la composante solaire qui est l'intégration fonctionnelle / constructive . D'un autre côté, il est l'intégration esthétique qui est la qualité de l'architecture de l'intégration.  Au contraire , dans la large échelle du application de PV , le concept  de "application " au lieu de " l'intégration " a été prédominant jusqu'à maintenant . Dans de nombreux cas , en effet, « panneaux solaires » sont simplement superposées sur l'enveloppe du bâtiment comme un élément étranger , sans satisfaire aucune exigence ou fonction du bâtiment. Également , même dans la plupart des cas représentant une intégration fonctionnelle correcte , la qualité architecturale n'est pas toujours considérée comme une condition importante d'un système BIPV et , malheureusement, il semble presque être une conception de qualité spéciale . Ceci est le résultat d'une approche de conception partielle où une spécialisation disciplinaire emporte un aperçu plus complet et conscients de la notion de bâtiment. "Je m'attends à ce que ces panneaux seront intégrés dans le tissu même des murs et le toit et la forme ou la forme des bâtiments seront également sculptées par le cycle solaire pour maximiser l'entrée de son énergie. Je n'ai jamais vu un conflit entre l'esthétisme et la performance en matière de durabilité »(Lord Norman Foster, Prix Solaire Suisse 2010, pp.3-4).
Par conséquent, un élément BIPV doit d'abord remplir une exigence supplémentaire (ou avoir une fonction supplémentaire) en plus de la production d'énergie. La couche de PV / composant ne peut pas être éliminée de manière autonome à partir de la construction, sans aucune exigence compromis technologique / constructive primaire de la disposition en couches ou en dessous de l'ensemble du bâtiment (qui est, pour la définition, incomplète sans la composante de PV). En plus, à côté de ce rôle fonctionnel / technique, il est important d'encourager les promoteurs de projets (principalement les architectes) pour prendre soin à la fois de l'aspect technique ainsi que de celles esthétiques et architecturaux, pour augmenter l'acceptation et la qualité des systèmes décentralisés pour la production d'énergie. Le bâtiment et la qualité urbaine des espaces caractérisés par PV est étroitement liée à une combinaison complexe des aspects fonctionnels, constructifs, énergétiques et esthétiques.

A l'échelle du bâtiment, ainsi, deux principaux types d'intégration peuvent être identifiés:

L’intégration fonctionnelle se réfère au rôle que les modules photovoltaïquesassument à l’intérieur du système édifice. Pour cette raison, on peut parler de multifonctionnalité ou de critère de double fonction. Les modules photovoltaïques sont considérés intégrés à l’édifice lorsqu’ils assument le rôle d’un élément de construction, remplissant une fonction telle que définie par exemple dans la directive européenne du produit CPD 89/106/EEC (de juillet 2013 définie par le CPR). Le module BiPV devient une partie essentielle de la fonctionnalité de l’édifice. En effet, si le module PV devait être enlevé (dans le cas de modules connectés structurellement, le démontage inclurait des composants du bâtiments adjacents), il devrait être substitué par un composant de construction équivalent et adéquat.
Les fonctions de construction demandées pour un BiPV peuvent être les suivantes:
- protection contre les agents atmosphériques: pluie, neige, vent, grele, protection contre les rayons UV;
- rigidité, résistance mécanique et intégrité structurelle;
- ombrage/éclairage diurne.

L’intégration “esthétique” (architecturale, figurative), par ailleurs, se réfère au concept architectural et à l’image d’un édifice qui est plus difficilement définissable de manière univoque. La définition ne peut pas déterminer avec certitude et objectivité l'esthétisme d’intégration, mais peut aider les concepteurs et les propriétaires à définir des références, comme par exemple pour l’élaboration du projet. Toutes les caractéristiques du système photovoltaïque capables de conditionner l’apparence d’un édifice (par exemple les caractéristiques formelles) devraient être cohérentes avec sa conception d’ensemble. Par exemple (Source: IEA T.41.A.2):
- la position et la dimension des modules doivent être cohérentes avec la composition architecturale d’ensemble de l’édifice;
- les matériaux visibles du module PV, la texture de la surface et la couleur devraient être cohérents avec les autres matériaux de l’enveloppe du bâtiment, les couleurs et les textures avec lesquels ils interagissent;
- la dimension et la forme des modules doivent être compatibles avec la grille de composition et les différentes dimensions des éléments de l’enveloppe; 
- les systèmes de jonction doivent être attentivement considérés en phase de choix du système, étant donné le rôle différent du joint, qui souligne la perception de la grille modulaire du système.
Dans la perspective BIPV PV est progressivement entrée dans l'alphabet de l'architecture et des architectes contemporains, de manière similaire à tout autre matériau de construction. Pour cette raison, les règles de conception de base actuels du BIPV ne doivent pas être suivies à la lettre, car ils peuvent interrompe le chemin de l'innovation continue avec des contraintes "stylistiques" dissociées du contexte. Aujourd'hui, par exemple, car aucun architecte serait d'accord avec la définition d'un code général concernant les règles d'assemblage de fenêtres dans une façade, comme il n'est pas pensable de résoudre la définition BIPV, dans le domaine de l'architecture contemporaine, à travers la définition des instructions simples de "bonne" conception architecturale. De nombreux exemples internationaux sont disponibles comme une référence utile et est déjà possible d'esquisser une première évaluation de la qualité architecturale concernant BIPV.

Le rôle de l’architecte
La réduction de la consommation d’énergie et l’utilisation des énergies renouvelables sont des thèmes devenus trop importants du point de vue du développement durable pour ne pas être pris en compte dans le secteur de l’architecture. Dans ce contexte, l’architecte assume un rôle fondamental du fait qu’il intervient comme consultant auprès de la clientèle. Il a l’obligation de l’informer au sujet des avantages d’un édifice à faible consommation exploitant les énergies renouvelables. L’architecte doit, de ce fait, posséder les connaissances et les instruments nécessaires afin de promouvoir, dans ce cas, le photovoltaïque intégré à l’édifice. Il est nécessaire qu’il puisse comprendre et prendre en compte les possibilités, les obligations, les avantages et les difficultés d’un projet BiPV. Dans le cas d’une intégration BiPV, en tenir compte dès l’initialisation d’un projet permettra une meilleure intégration, tant du point de vue esthétique, énergétique qu’économique.

Respect des règles fondamentales du PV
L’installation PV doit naturellement satisfaire aux critères d’efficacité de la production énergétique, particulièrement en ce qui concerne le positionnement, l’orientation des modules et l’absence d’ombre (Conditions de conception).