Energie et construction

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1 Energie et construction Cycle technique 2014 Formations supportées par la Wallonie Benoît Michaux ir. Chef-Adjoint de la division Enveloppe du bâtiment et Menuiserie Les panneaux photovoltaïques en toiture plate Les Isnes 25 février 2014 Contenu 1. Introduction 2. Définition et types de toitures photovoltaïques 3. Les pathologies 4. L effet du vent 5. L étanchéité 6. Autres aspects 2 1

2 1. Introduction Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, ) Projet de recherche Groupe de travail NIT, STS 72.1 à venir Rapport scientifique Articles concernant les panneaux PV 3 3 Intérêt du secteur 1. Introduction - Intérêt économique, d image d entreprise, perspectives - Compétences multiples - Responsabilité - Types de toiture - Techniques récentes - Pathologies 2

3 Les types de panneaux 2. Définition - Monocristallins - Multi-cristallins - Amorphes L intégration dans les toitures 2. Définition A. Par lestage Avantages : L orientation indépendante de la conception Pas de percement. Déplacement possible pour maintenance. Inconvénients : Surcharge importante (structure portante, étanchéité + isolation, ). Le placement du lest peut nécessiter des moyens importants. L inclinaison a une influence sur la quantité de lest nécessaire. 6 3

4 Slide 5 BMI1 BMI2 BMI3 Les cellules mono-cristallines proviennent de la découpe d un grand cristal de silicium. Elles sont les plus chères mais présentent en contrepartie un rendement plus élevé (12-20%) Benoît Michaux, 23/02/2014 cellules multi-cristallines sont formées par plusieurs cristaux de silicium, leur rendement de conversion est sensiblement moins bon (11-15%) mais elles sont en contrepartie moins chères Benoît Michaux, 23/02/2014 Les cellules amorphes, également appelées cellules minces, sont fabriquées par projection d un gaz de silicium sur une membrane souple, qui permet leur utilisation dans une large gamme d applications, notamment en intégration ou collage sur les membranes d étanchéité des toitures plates. Elles sont moins chères que les cellules cristallines et présentent un moins bon rendement (5-9%), surtout dans le cas d un rayonnement direct. Benoît Michaux, 23/02/2014

5 L intégration dans les toitures 2. Définition B. Par fixation à la structure portante Avantages : L inclinaison est choisie sans contrainte. La surcharge liée aux modules est plus faible que dans le cas du lestage (sans effet sur l étanchéité). Inconvénients : L orientation des panneaux peut être influencée par l orientation de l élément portant sur lequel est réalisé l ancrage. Le percement de chaque couche du complexe toiture doit être réalisé avec soin. 7 L intégration dans les toitures 2. Définition C. Par fixation au niveau de l étanchéité Avantages : Pas de percement de l étanchéité. Surcharge réduite Inconvénients : L orientation des profils soudés L inclinaison (15 20 ) est généralement inférieure à l optimum pour imiter l effet du vent. 8 4

6 L intégration dans les toitures 2. Définition D. Par intégration dans la membrane (pour panneaux amorphes) Avantages : La surcharge minime. Le travail d installation durant le travail d étanchéité Pas de percement du complexe toiture. Inconvénients : Inclinaison de la toiture. Le remplacement de la membrane d étanchéité signifie le remplacement des cellules PV. Le choix des cellules PV se limite aux cellules amorphes Des déformations trop importantes influent sur la rentabilité des panneaux 9 Lors de la tempête début janvier Pathologies 3 janvier Middelkerke, avec 104 km/h. A l'intérieur du pays, les maxima ont été relevés à Uccle (94 km/h) et à Deurne (90 km/h). 5 janvier Gembloux 122 km/h. A Wavre Sainte Catherine, 108 km/h. A Coxyde, le vent a atteint 101 km/h. Techniques de pose mal maitrisées Résultats pour une compagnie d assurance 5% des installations assurées envolées, de dégâts, plus de 100 installateurs concernés. 10 5

7 24/02/ Pathologies Pathologies Manquements aux règles de base de stabilité: Profilés inadaptés 12 6

8 3. Pathologies Manquements aux règles de base de stabilité: Lestage en «pose libre» Pathologies Manquements aux règles de base de stabilité: Pas de contreventement 14 7

9 3. Pathologies Manquements aux règles de base de stabilité: Robustesse de la structure : structures correctes Pathologies Sous évaluation des moyens de stabilisation (lestage) Équilibre au renversement Lestage insuffisant au renversement Lestage conséquent mais mal disposé Conception avec «porte-à-faux»? Lestage insuffisant et mal disposé 16 8

10 3. Pathologies Sous évaluation des moyens de stabilisation (lestage) Équilibre au glissement Lestage insuffisant au glissement Lestage insuffisant au glissement : déplacement 3 mois après installation Pathologies Sous évaluation des moyens de stabilisation (lestage) Équilibre au soulèvement 18 9

11 3. Pathologies Manquements aux règles de base de stabilité: Pas de joints de dilatation ou joints de dilatation «bridés» Effets du vent Le vent va générer des efforts verticaux, et horizontaux sur les panneaux: Non uniforme Dépendant de la géométrie du bâtiment, de son implantation, Influence des panneaux Effet du vent 20 10

12 4. Effets du vent Toiture plate : c f en partie dû au bâtiment, en partie dû aux panneaux PV Zone de bord: turbulence: Bâtiment effet important + Panneaux PV : effet moindre pression importante Zone centrale: turbulence: Bâtiment : effet moindre + Panneaux PV : effet important pression moindre F w Vent Turbulences Capteurs solaires F w Obstacle abrupte: toit plat et angles vifs Effets du vent Champ de capteurs - c f,pv obtenus par essais en soufflerie et par calcul Profil de rangée dissymétrique Résumé des coefficients de force moyens déterminés à partir d essais en soufflerie sur un générateur PV et comparaison à ceux obtenus par calcul Profil des c f,pv en dépression Vent F Sud G F Profil des c f,pv en surpression Ouest G H I G α = 35 Vent F G Nord F α 22 11

13 4. Effets du vent Conclusion de l analyse des c f,pv les c f,pv + sont du même ordre de grandeur que les c f,pv -, En zones H de la toiture plate, les zones de coin des champs PV sont nettement plus sollicitées, un effet de protection de la zone périphérique du champs PV sur la zone centrale, On peut distinguer 4 zones de c f,pv significativement différentes, et déterminer des coefficients de réduction Ψ mc Effets du vent Proposition sur base EN et essais H (I) α=10 c f,pv- c f,pv+ PV I -1,3 +0,4 PV II -1,0 +0,4 P III -0,8 +0,3 PV IV -0,7 +0,2 H (I) α=25 c f,pv- c f,pv+ PV I -1,3 +0,7 PV II -1,0 +0,6 P III -0,8 +0,5 PV IV -0,6 +0,4 Vent 24 12

14 4. Effets du vent Coefficients de réduction Coefficient de réduction EN Essais en soufferie Toitures multiples isolées shed PV I PV II PV III PV IV PV I PV II PV III PV IV Coef réduction dépression. - 0,8 0,6 0,5-0,8 0,7 0,7 mc Coef réduction surpression mc - 0,9 0,7 0,6-1 0,9 0, états d équilibre Soulèvement 4. Effets du vent Glissement retournement 26 13

15 Exemples de solution 4. Effets du vent 27 Exemples de solution 4. Effets du vent 28 14

16 BMI7 Couche de protection 5. L étanchéité Couche de protection contre les migrations, mécanique et contre la fusion Prévoir un débord de 5 cm Attachée soit à l étanchéité soit au lestage mais pas les deux Compatibilité chimique 29 4 types d ancrage 5. L étanchéité A. Ancrage par patte traversante Fixation dans l élément porteur Liaison d étanchéité délicate 30 15

17 Slide 29 BMI7 migration de plastifiant (par exemple PVC) Benoît Michaux, 23/02/2014

18 A. Ancrage par patte traversante Attention au pont thermique 5. L étanchéité L étanchéité B. Ancrage par socle «Armature» d attente Socle coulé sur place Continuité d étanchéité à effectuer sur socle 32 16

19 5. L étanchéité Ancrage par socle posé sur l isolant Socle fixé au travers Autres aspects Rendement des installations 34 17

20 Effet de l ombrage 5. Autres aspects angle 1 : angle d'obstruction angle 2 : angle de saillie verticale angle 3 : angle de saillie à gauche angle 4 : ange de saillie à droite. 35 Publications 5. Autres aspects Panneaux solaires sur toitures plates : sollicitations dues au vent (CSTC-Contact n 36 (4-2012)) Protection des installations photovoltaïques contre la foudre (CSTC-Contact n 28 (4-2010)) PEB- Systèmes: Systèmes photovoltaïques (Infofiche juillet 2013) Dossier du CSTC concernant les techniques de fixation des capteurs solaires sur toitures inclinées (2012) Manutention des capteurs photovoltaïques cristallins (CSTC contact n 40 (4-2013)) Réglementation sur les performances énergétiques des bâtiments ( NBN EN Méthode de calcul des besoins énergétiques et des rendements des systèmes Partie 4 6 Systèmes de génération de chaleur, systèmes photovoltaïques NBN EN Performance énergétique des bâtiments Consommation globale d énergie et définition des évaluations énergétiques 36 18

21 Merci pour votre attention! Benoît Michaux ir. Chef-Adjoint de la division Enveloppe du bâtiment et Menuiserie 19

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