Les panneaux photovoltaïques dans l’architecture, une contrainte ou une opportunité ?

Transition énergétique et photovoltaïque : l’avenir est solaire

Quand durabilité rime avec efficacité énergétique ; le photovoltaïque joue un rôle central. Dans le contexte politique actuel et par son adhésion à la stratégie 2050, la Suisse s’engage pour la construction d'un avenir durable visant à atteindre la neutralité carbone. Le photovoltaïque se positionne alors comme l'un des piliers principaux de l’approvisionnement en énergie décarbonée.

Pour atteindre ces objectifs ambitieux, toutes les surfaces disponibles sont à considérer. C’est pourquoi la Confédération prévoit des mesures d’incitation économiques spécifiques et complémentaires pour les installations intégrées, ainsi que pour celles en façade. Son application interactive de projection du potentiel d'énergie solaire des bâtiments existants est consultable en ligne. Elle permet de comparer le potentiel de production d'énergie entre une installation en toiture et une installation en façade. (1)

Financements  

Afin d’encourager l’expansion du solaire la population helvétique bénéficie de mesures fédérales pour petites et grandes installations dites "rétributions uniques " (2). Elles sont complétées par diverses subventions cantonales et communales (3). 

Dans ce contexte, on différencie trois catégories d’installations photovoltaïques : 

• Isolée : installée sur une surface libre avec sa propre structure sans lien avec un bâtiment ou une infrastructure. 

• Ajoutée : apposée sur une toiture ou une façade sans altérer les fonctions de la surface de support. 

• Intégrée : assure une double fonction constructive à la structure du bâtiment (développée un peu plus loin). 

Pour les deux premières catégories, le tarif reste le même. Pour les installations photovoltaïques intégrées, un montant bonus est alloué. 

De plus, les installations en façades  font, elles aussi, l’objet d’incitations particulières sous la forme de subventions supplémentaires : le bonus angle d’inclinaison (≥ 75°). Ces mesures tendent à s’étendre avec une augmentation significative du bonus pour les façades, annoncée au 1er janvier 2025. (4) 

Les prix des panneaux solaires ont substantiellement diminué ces dernières années (près de moitié au cours des cinq dernières années), accompagnés d'une extension des possibilités des produits sur le marché. 

Pourquoi, même avec les mesures d’incitations économiques précitées, l’intégration photovoltaïque reste-elle encore si difficile ?

Les questions liées à l’énergie dans les bâtiments semblent encore perçues comme une contrainte (5) ou un défi à relever. En vue du cadre légal, on se retrouve souvent en fin de phase de projet, proche de la mise à l’enquête, avec ces panneaux à disposer, mais où va-t-on pouvoir les mettre ? 

Notre stratégie : L’anticipation ! Elle reste la clef comme dans tous les domaines de la conception et de la gestion d’un projet réussi. Questionner les potentiels, les objectifs de production énergétique, et les projeter bien en amont dans le cycle de vie du projet, déjà dans les phases d’études et avec le maître de l’ouvrage, nous ouvre une infinité de possibilités. 

Pourquoi pas en façades ? 

Les façades solaires sont particulièrement intéressantes pour la production de courant en hiver (il représente 40-50% de leur production propre en électricité) lorsque le besoin est le plus élevé. En effet, le soleil étant positionné assez bas dans le ciel sous nos latitudes, elles atteignent une production jusqu’à 30% (6) supérieure comparée à une installation de taille similaire en toiture plate. Les façades représentent à elles seules, un potentiel de couverture allant jusqu’à 10% des besoins suisses en électricité.  

Une installation photovoltaïque exploitant les différentes orientations de la façade couvrira un plus large spectre d’autoconsommation (10) tout au long de la journée. La production d’électricité s'étendra du matin au soir ; de l’est à l’ouest.  

Actuellement, la variété des nouvelles technologies disponibles sur le marché répond aux exigences esthétiques les plus élevées et se positionne comme substitut d’autres matériaux de revêtement de façade.

Leur rendement électrique compense les surcoûts potentiels par rapport à d'autres matériaux de façade au bout de quelques années.

Leurs coûts sont comparables avec des solutions de la même gamme de qualité, telles que les façades ventilées qui ont une durée de vie particulièrement longue et qui permettent de réaliser des économies d’énergie dans l'entretien du bâtiment.

 

L’intégration BIPV, késaco ?

Avec le BIPV (7), la question esthétique n'est plus un frein - De nouvelles avancées techniques et des potentiels d’intégration encore méconnus offrent une multitude de possibilités.

Le matériau photovoltaïque s’apparente, dans sa composition, à une architecture en verre, considéré comme l'un des plus anciens matériaux créés par l’être humain. Le début du XIXe siècle est témoin de l'effervescence d'un nouveau genre architectural, composé d'acier et de verre, exemplifié par le Crystal Palace à l'occasion de l'Exposition Universelle de 1851, tenue à Londres. Sa mise en œuvre est ainsi maîtrisée depuis dans ce genre architectural. Les éléments photovoltaïques sur mesure substituent en lieu et place les éléments traditionnels de verre. (8)

Les technologies utilisées répondent aux défis esthétiques et techniques. Elles proposent une grande variété d'intégration, tant dans les couleurs que dans les formes et les textures, grâce à des matériaux innovants qui s’adaptent aux divers langages architecturaux des projets.

Vastes possibilités esthétiques : formes, dimensions, textures, couleurs :

Un module photovoltaïque de façade est constitué de verre de sécurité feuilleté garantissant une sécurité optimale en cas de casse.

Les modules les plus grands peuvent atteindre jusqu’à 2,40 m par 5,10 m. Il existe aussi des verres isolants d’épaisseurs variées dimensionnés selon les contraintes statiques et thermiques, aux types, formats et formes multiples. Des cellules perforées ou même colorées sont disponibles. Des options de coloration par film, sérigraphie ou nanotechnologie de la couche de verre sur ou sous les cellules de silicium photovoltaïques permettent de les rendre invisibles ou de les intégrer en damier sur un fond coloré en variant leurs espacements et leur calepinage. On trouve aussi des vitrages plus ou moins translucides selon la distance prévue entre cellules. Enfin, la flexibilité directement issue de l’artisanat du verre offre des textures multiples appliquées à sa surface.

Les systèmes de fixation sont aussi diversifiés : invisibles (sous la forme de crochets derrière le verre), latéraux, ou par pinces aux quatre coins du verre.

Sa définition intégrée bien en amont dans le processus de conception et questionnée lors des premières discussions avec le maître de l’ouvrage permet une intégration non seulement esthétique, mais également rationnelle et constructive. Les éléments photovoltaïques peuvent alors se transformer en matériau constituant de l’enveloppe du bâtiment à part entière, remplaçant les matériaux traditionnels.

Parties substitutives de l’enveloppe du bâtiment :

• En toiture comme tuiles ou lucarnes
• En façade opaque comme système de revêtement ou contre-cœur
• En toiture et façade translucides 
• Pour la protection anti-chutes : balustrades, barrières de balcon
• Pour la protection solaire, éclairage naturel ou contrôle solaire, brise-soleil

Favoriser l’autoconsommation

L’autoconsommation (10) est économiquement avantageuse pour couvrir ses besoins en électricité. Elle décharge les infrastructures de stockage publiques et permet de supprimer les frais d’utilisation du réseau, tels que les coûts d’utilisation du réseau et de diverses taxes (11) et d’amortir plus rapidement ceux de l'installation. Cette consommation propre peut être optimisée en formant un Regroupement dans le cadre de la Consommation Propre (RCP) (12).

Et depuis peu de manière plus étendue par l’adoption de la loi du 9 juin 2024 :

• Regroupement dans le cadre de la consommation propre (RCP) virtuel : utilisation des lignes de raccordement au réseau de distribution pour la consommation propre.
• Communauté électrique locale (CEL) : électricité produite localement peut être commercialisée à l’échelle d’un quartier ou d'une commune via le réseau.

Stratégies d’optimisation de l’autoconsommation :

• Concept d’utilisation / gestion des consommateurs d'électricité : pompes à chaleur, chauffe-eaux électriques et électromobilité (voiture électrique pour stocker l’électricité produite)
• Dimensionnement de l’installation en prenant en compte sa potentielle expansion future
• Mutualisation l’utilisation de l’électricité
• Batterie de stockage (ajoutable ultérieurement)

Autoconsommation pour les maisons individuelles 

L'autoconsommation dans les maisons individuelles est simple, rentable et écologique. Pour chaque kilowattheure consommé sur votre système, vous économisez environ 25 centimes sur les frais d'approvisionnement en électricité, selon l'endroit où vous habitez. Selon la part de votre production que vous utilisez vous-même (part d'autoconsommation), vous pouvez économiser entre 300 CHF et 700 CHF par an. À cela s’ajoutent des revenus provenant de la vente des surplus de production.

Dans le cas d’une maison individuelle de taille moyenne, une installation solaire d’environ 20 m2 en toiture couvre 80 % des besoins annuels en électricité d’une famille de quatre personnes.

Minergie en question

Les labels Minergie, en particulier Minergie-A qui vise à couvrir l’ensemble des besoins énergétiques, mettent l'accent sur l'efficacité énergétique et l'utilisation maximisée d'énergies renouvelables. Le photovoltaïque joue un rôle central pour atteindre ces standards grâce à sa capacité à produire de l'électricité de manière durable et autonome. Le but est de couvrir les besoins déjà réduits en énergie issus des fondements de la conception liée à Minergie dans un processus vertueux. 

L'intégration d'un système de gestion de la charge (LMS) est un outil particulièrement utile pour atteindre ces standards car il permet d’optimiser sa consommation en différenciant les appareils commutables dans l’utilisation de l'électricité photovoltaïque en fonction de sa disponibilité. Couplé à des mesures ciblées, il permet pratiquement de doubler le taux de consommation propre. Par exemple, les pompes à chaleur (PAC) à puissance variable combinées à un accumulateur de chaleur technique « réservoir d’accumulation » répondent directement à ces nécessités.

Ainsi, une installation photovoltaïque dédiée à la production d'électricité satisfait les règlements sur l’énergie des cantons, qui prévoient l’obligation d’autoproduction d’électricité, tout en visant l'obtention du label Minergie-A moyennant un puissance installée supérieure.

Bien que les coûts initiaux des installations photovoltaïques puissent sembler élevés, leurs coûts marginaux sont faibles et la valeur ajoutée pour l'efficacité énergétique est importante dans un contexte Minergie. (10)

Conclusion

Dans le contexte de la transition énergétique, l'intégration des panneaux photovoltaïques dans l'architecture, bien qu'initialement souvent perçue comme une contrainte esthétique, s’avère incontournable. La qualité architecturale du « solaire » révèle ainsi tous les potentiels d’une approche multidisciplinaire reliant l’énergie, la conception et la construction facilitée par les incitations économiques fédérales et cantonales.

Les façades solaires contribuent significativement à rendre la production d'électricité plus efficiente tout au long de l'année et de la journée, y compris durant les mois d'hiver.

L’intégration BIPV raisonnée, harmonieuse et fonctionnelle améliore non seulement la valeur marchande des biens immobiliers, grâce à sa revalorisation architecturale, mais accroît aussi l'efficacité énergétique des bâtiments.

Ainsi, loin d'être une simple contrainte, les panneaux photovoltaïques représentent une véritable opportunité, marquant une avancée certaine vers un avenir durable.

Ressources

• Swissolar : association professionnelle suisse pour l’énergie solaire.
• Programme SuisseEnergie : mis en place par le Conseil fédéral suisse pour promouvoir l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables conseille sur ces sujets.

 

Bibliographie

(1) Toitsolaire.ch & facade-au-soleil.ch

(2) Contribution d’investissement unique, fédéral – bfe.admin.ch

(3) Programmes de subvention suisses pour l’énergie et la mobilité – francsenergie.ch

(4) Il passera de 250 à 400 CHF/kW de puissance installée pour les installations intégrées et de 100 à 200 CHF/kW pour les installations ajoutées ou isolées. – swissolar.ch

(5) Références pour le solaire – solarchitecture.ch

(6) Facilitation des façades photovoltaïques – swissolar.ch

(7) Photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) : composante de l’enveloppe du bâtiment (élément de revêtement, vitrage, élément architectonique) capable de générer de l’énergie à partir du soleil. Élément de base du système de construction substituant des matériaux et des systèmes de construction traditionnels – bipv.ch

(8) L'intégration architecturale du solaire, OFEN – bundespublikationen.admin.ch

(9) Stratégie photovoltaïque, Etat de Fribourg 2023 – fr.ch

(10) Définition autoconsommation : part de la production d’électricité solaire qui est directement consommée, c’est-à-dire qui n’est pas injectée dans le réseau d’électricité. – minergie.ch

(11) Autoconsommation avantages – energieschweiz.ch/gebaeude/eigenverbrauch

(12) La RCP permet non seulement à plusieurs consommateurs d'une même maison, mais aussi à plusieurs terrains de se regrouper et de se présenter comme un seul client face au fournisseur d'énergie. – swissolar.ch