Benoît Sicre Institut Fraunhofer-ISE pour les systèmes énergétiques solaires Conférences Interférences + Strasbourg, 30.04.08 Transparent 1
Plan de la présentation Le Fraunhofer ISE et ses activités R&D Le marché du PV en Allemagne Quelques aspects réglementaires (Allemagne) Quelques aspects techniques Différentes options d intégration Montage sur le toit Montage en façade Transparent 2
Le Fraunhofer-ISE, Institut pour les systèmes énergétiques solaires Direction de l Institut : Prof. Eicke R. Weber Collaborateurs : 650 Budget : 42,7 Mio EUR Fondé en 1981 Transparent 3
La Société Fraunhofer Gesellschaft (Fraunhofer Gesellschaft) Organisation européenne leader de la recherche en sciences appliquées 12 770 Collaboratrices et collaborateurs, majoritairement scientifiques ou ingénieurs de formation 56 Instituts de recherche répartis sur 40 sites en Allemagne Budget annuel de recherche : +/- 1,2 Mrd dont 2/3 issus de contrats de recherche passés avec l Industrie, ou de fonds publics Coopérations internationales via nos succursales en Europe, aux USA et en Asie Transparent 4
Offre de services et de recherche appliquée du Fraunhofer ISE Recherche Matériaux Modélisation Méthodes Développement Composants Produits, Prototypes Système, Procédés Services Conseil, Tests Monitoring Contrôle qualité Transparent 5
Du silicium brut à la cellule photovoltaïque à haut rendement cristallisation de silicium monocristallin en lingot (250 kg) Scie expérimentale à découper des tranches de silicium (Wafer) (MWSS) Cellule PV à 20,2% (37µm) support avec technologie LFC (Laser-Fired Contacts) Transparent 6
Intégration du Photovoltaïque au réseau Import/Export Monitoring 110 / 220 / 380 kv 10 / 20 kv 400 V Transparent 7
L électricité photovoltaïque en Allemagne >300 000 installations 300,000 déjà existantes 10% - > 1MWc centrales PV montées au sol (plein champ). 98% d installations reliées au réseau 50% - 10-1000 kwc petit collectif, bâtiments publics et communautaires, fermes, bâtiments commerciaux 40% - 1-10 kwc installations PV de petite taille maisons particulières Source : BSW Transparent 8
Le marché du PV en Allemagne en puissance photovoltaïque installée puisance annuelle installée [MWc/a] 1 200 1 000 800 600 400 200 0 Jährlich Puissance neu installée installierte Leistung annuelle[mwp/a] Gesamte Puissance installierte installée Leistung cumulée[mwp] 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 puissance cumulée installée [MWp] Source : BMU Transparent 9
Du photovoltaïque sur les bâtiments pourquoi? Double usage d une même surface terrestre Surfaces disponibles en grande quantité Options architecturales intéressantes du point de vue du design urbain Image verte et moderne Production de courant électrique plus proche des usagers Faibles pertes de distribution Intégration dans les bâtiments neufs Économies de matériaux de construction conventionnels Transparent 10
Aspects techniques orientation et rendement énergétique Définition L angle d inclinaison α est l angle situé entre le plan horizontal et le plan du panneau. N L azimut de l angle β indique avec quelle précision un panneau est orienté vers le Sud. α W β O Orientation Sud : 0 Orientation Ouest : 90 Orientation Est : -90 S Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne; Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 12
Aspects techniques orientation et rendement énergétique Obtention du rendement annuel maximum grâce à une orientation Sud et à une inclinaison à 30. Nord rendement en % 30 40 50 60 Avec des angles d azimut situés entre - 45 et + 45 (Sud Est à Sud Ouest), associés à une inclinaison comprise entre 10 et 50, on peut atteindre un rendement de 95% du maximum énergétique. Ouest 80706050 40 30 20 10 angle d inclinaison en O 70 80 90 95 Est Les façades Sud reçoivent environ 70% du rayonnement maximum. 100 Sud Image: BINE Informationsdienst, Bonn, Allemagne Transparent 13
Aspects techniques T de fonctionnement des modules PV Les modules s échauffent sous l effet du rayonnement solaire. Si le dos du module comporte une isolation thermique, la température des cellules PV peut dépasser de 60 C la température ambiante. Rouge : façade avec isolation thermique + pas de ventilation arrière Bleu : toit avec un espace pour l écoulement du vent + ventilation arrière naturelle dépassement de température [ 0 C] 60 40 20 0-20 T_toit Régression linéaire: ÜT = 0,04 * l 0,6 T_façade Régression linéaire : ÜT = 0,06 * l + 2,7 0 200 400 600 800 1000 rayonnement W/m 2 ] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne; Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 14
Aspects techniques T de fonctionnement des modules PV Augmentation de la température et pertes énergétiques annuelle énergie Intégration en façade, pas de ventilation arrière Intégration en toiture, pas de ventilation arrière Intégration en façade, faible ventilation arrière Intégration en façade, bonne ventilation arrière 8.9% 5.4% 4.8% 3.6% 43K 39K 35K 55K Installation sur le toit, faible ventilation arrière 2.6% 32K Installation sur le toit, bonne ventilation arrière 2.1% 29K Toit en pente, large espace d écoulement de l air Module de référence : monté seul, sans support 1.8% 0.0% 22K 28K Image: Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 15
Aspects techniques ombres portées Les ombres portées sur les panneaux PV peuvent causer d importantes pertes énergétiques exemple critique : Une tour d immeuble projette une ombre sur une façade photovoltaïque. Modules sans diodes de courtcircuit. Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 16
Différentes options d intégration Emplacements possibles pour des panneaux PV Options de montage Sur un toit en pente (stand-off) Intégré au toit en pente Sur toit plat, posé Sur toit plat, intégré En devanture de façade Intégré en façade Toit en dent de scie En auvent Image: Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 18
Différentes options d intégration En façade - vitrage thermique isolant (contre la chaleur) Photo: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 19
Différentes options d intégration En façade mur rideau Photo: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 20
Différentes options d intégration En façade mur rideau Photos: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 21
Différentes options d intégration Mise en valeur des espaces intérieurs Photos: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 22
Différentes options d intégration En façade - vitrage thermique isolant (contre la chaleur) Photo: DGS, Berlin, Allemagne Transparent 23
Différentes options d intégration Façade inclinée ou toit en pente Photos: DGS, Berlin, Allemagne Transparent 24
Différentes options d intégration Auvent de façade Par exemple avec des modules brise-soleil Photos: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne Transparent 25
Systèmes d intégration en toiture Profils de montage pour modules ordinaires Toits en tuile solaires Systèmes solaires combinés PV/ solaire thermique Image: Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 26
Options de montage quel type de toit est adapté? inadapté adapté S N S N Toit légèrement en pente, orienté Sud S N S N Obstacles ex. cheminées, antennes situées aux Nord Source: O.Humm, P.Toggweiler; Photovoltaik und Architektur; Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne; Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne Transparent 27
Modules personnalisés options de design Module verre sur verre Vitrage thermique isolant panneau arrière (différent types et épaisseurs possibles vitre mobile cellules PV avec encapsulation revêtement à faible énergie gaz de remplissage : argon verre blanc, super résistant 1. étanchéité distance de montage 2. étanchéité Source: FLABEG Solar International Gmbh, Allemagne Transparent 29
Modules personnalisés options de design Panneaux arrière recouverts de diverses couleurs, translucides ou diffusant la lumière Les cellules PV elles-mêmes peuvent être sélectionnées en fonction de leur couleurs Combinaison de coloris au choix ry vitrage conventionnel, par exemple vitrage thermique isolant, vitrage renforcé, panneaux arrière teintés, vitres émaillées Photo: Schüco, Bielefeld, Allemagne Transparent 30
Modules personnalisés options de design Photo: DGS, Berlin, Allemagne Formes et dimensions variables, pour des surfaces jusqu à +/- 6 m² Chaîne de câblage des cellules PV pour un courant et une tension contraints Cellules PV de taille, formes et couleurs variées Couleurs : noir, bleu foncé, bleu, violet, vert, gris, et bronze Cellules PV en couches minces disponibles en noir et en marron Transparence variable Transparent 31
Merci de votre attention. http://www.ise.fraunhofer.de/ Transparent 32
Quelques aspects réglementaires (Allemagne) Les règlementations varient selon les pays Installations solaires généralement exemptées de procédures d autorisation («Verfahrensfrei») pas de permis de construire exigé règlementations éventuelle liées à la protection des bâtiments anciens (ABF) les installations doivent être conformes au Code de la Construction Traitement différencié entre bâtiments résidentiels et tertiaires Les modules PV appartiennent à la catégorie des vitrages application des normes techniques des produits de vitrage Transparent 11
Aspects techniques ombres portées Les ombres portées sur les panneaux PV peuvent causer d importantes pertes énergétiques exemple Une tour d immeuble projette une ombre sur une façade photovoltaïque. Modules sans diodes de court-circuit La puissance du courant renvoyé sur le réseau chute fortement rayonnement [W/m 2 ] 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Rayonnement et puissance électrique à la sortie de l onduleur 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 24.5 21.0 18.0 15.0 12.0 Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Allemagne; Solarpraxis AG, Berlin, Allemagne 9.0 6.0 3.0 0.0 puissance électrique [kw] Transparent 17
Options de montage - façade Façade verticale Intéressante, car grande visibilité De nombreux systèmes de montage sont disponibles Fixation point wise Eléments mullion/transversaux Vitrage structurel Façade inclinée Transparent 28