Introduction

Dans l'évolution actuelle de l'énergie solaire, les systèmes photovoltaïques installés sur les toits et au sol dominent. Mais la densité urbaine croissante, l'espace limité sur les toits et l'intérêt pour les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments (BIPV) font que l'attention se porte désormais sur les systèmes photovoltaïques verticaux. les systèmes solaires photovoltaïques - panneaux solaires montés sur des murs ou des façades. Cet article explique comment le photovoltaïque vertical (également appelé photovoltaïque mural ou système de façade solaire) constitue une nouvelle frontière dans le déploiement de l'énergie solaire. Nous aborderons les avantages en termes de performances, les considérations techniques, les tendances du marché et la manière dont Sunpal peut exploiter ce potentiel inexploité.

Pourquoi l'énergie solaire photovoltaïque verticale gagne du terrain

• L'urbanisation et les objectifs en matière d'énergies renouvelables poussent à rechercher des solutions autres que les toits.
• Les installations verticales permettent d'utiliser les surfaces des bâtiments (façades orientées est/ouest/nord/sud) pour produire de l'électricité lorsque l'espace sur les toits est limité.
• Progrès en matière de panneaux solaires bifaciaux, modules en silicium de type n et technologies cellulaires à haut rendement améliorer le rendement des installations murales.
• Les architectes et les promoteurs intègrent de plus en plus les systèmes de façade solaire dans les exigences de conception des bâtiments écologiques ou à consommation nette zéro.

Ces facteurs se combinent pour faire de l'énergie solaire photovoltaïque verticale une stratégie complémentaire plutôt qu'une simple solution de secours “moins efficace” par rapport aux systèmes de toiture standard. Cela ouvre des possibilités d'installation solaire sur les murs des tours, les garages, les écrans acoustiques et les façades industrielles.

Performances et avantages techniques

Exemple de gain bifacial / vertical

Une étude récente sur le PV vertical bifacial (VBPV) a montré des gains de puissance saisonniers moyens de +11,41 TTP3T au printemps, +8,11 TTP3T en été, +10,91 TTP3T en automne et +12,51 TTP3T en hiver par rapport à un système PV vertical monofacial conventionnel.

En début de matinée et en fin d'après-midi, les gains par rapport aux modules traditionnels à inclinaison fixe ont atteint plus de 20%.

Graphique 1 : Gain énergétique relatif saisonnier pour les bifaces verticaux par rapport aux monofaciaux

Parmi les autres avantages techniques, on peut citer

• Meilleure performance en hiver et en lumière diffuse - les panneaux orientés vers des angles verticaux peuvent capter le soleil du matin et du soir ou la lumière à faible angle, ce qui permet d'obtenir une production plus stable au fil des saisons.
• Diminution de l'encrassement et de l'accumulation de poussière - les surfaces verticales sont moins sujettes à l'accumulation de poussière et peuvent bénéficier d'un lavage par temps de pluie.
• Comportement thermique : certaines recherches (par exemple, une étude néerlandaise) montrent que les réseaux verticaux fonctionnent plus froidement que les réseaux horizontaux équivalents, ce qui permet d'obtenir une tension et des performances légèrement plus élevées pour une même irradiation.
• Albédo / gain de réflexion : les modules bifaciaux montés verticalement peuvent profiter de la lumière réfléchie par les surfaces adjacentes (sol, murs), ce qui augmente le rendement effectif (le gain bifacial varie souvent de ~5% à 30% en fonction de la configuration).

Cela dit, la modélisation de l'énergie solaire verticale est plus complexe : les écarts dans la prévision de l'irradiation pour les systèmes verticaux ont tendance à être plus élevés que pour les systèmes à inclinaison fixe, en particulier dans les hautes latitudes.

Considérations relatives à la conception et à l'installation

Intégration structurelle et architecturale

• Les installations photovoltaïques murales nécessitent une ossature sur mesure ou des systèmes de montage en façade. Il faut tenir compte de la capacité portante, de la charge du vent, de l'évacuation des eaux de pluie et du code de prévention des incendies.
• La conception architecturale doit intégrer l'énergie solaire photovoltaïque de manière esthétique : montage encastré, panneaux photovoltaïques en verre ou revêtement de la façade solaire peuvent être nécessaires.

Conception des systèmes électriques

• L'orientation a son importance : les réseaux verticaux orientés est-ouest produisent deux pics (matin/soir) au lieu d'un seul à midi.
• Les onduleurs, le câblage, la sécurité électrique (par exemple le classement au feu, l'isolation de l'enveloppe du bâtiment) doivent être conformes aux normes locales.
• L'ombrage des bâtiments voisins, des arbres ou l'auto-ombrage interne des modules de façade doivent être simulés (par exemple via PVsyst ou d'autres outils) afin d'optimiser le rendement.

Réglementation et conformité

• Les codes du bâtiment peuvent définir la charge maximale de vent ou de neige sur les façades, exiger des systèmes de revêtement ignifugés et rendre obligatoire l'accès pour l'entretien.
• Des certifications telles que LEED / BIEN / normes de construction net-zéro attendent de plus en plus des solutions intégrées en matière d'énergie renouvelable ; l'énergie solaire verticale peut contribuer aux crédits de performance de la façade.

Cas d'utilisation et applications

L'énergie solaire photovoltaïque verticale convient à plusieurs contextes :

• Bâtiments commerciaux ou résidentiels de grande hauteur - façades ensoleillées à l'est ou à l'ouest.
• Entrepôts industriels et usines - les murs latéraux hauts peuvent recevoir des heures de lumière du jour lorsque le toit est ombragé ou petit.
• Infrastructures et murs antibruit - les panneaux antibruit des autoroutes ou des voies ferrées peuvent servir de générateurs d'énergie.
• Intégration d'écrans acoustiques ou de clôtures en milieu urbain ou sur les autoroutes.

Graphique 2 : Comparaison de cas d'utilisation typiques

Ces cas d'utilisation montrent que les systèmes verticaux peuvent compenser partiellement les charges électriques d'un bâtiment sans nécessiter de surface supplémentaire ou d'amélioration de la toiture.

Opportunité du marché et économie

• Le marché mondial des systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments (BIPV) devrait connaître une forte croissance. les bâtiments visent à atteindre le statut "net-zéro", ce qui crée une toile de fond favorable au solaire vertical / de façade.
• Sur de nombreux marchés, des incitations ou des tarifs de rachat récompensent ou subventionnent l'intégration des énergies renouvelables dans les bâtiments ; le solaire vertical peut être pris en compte dans le cadre de programmes de construction de façades ou de bâtiments écologiques.
• Le solaire vertical peut avoir un rendement énergétique annuel légèrement inférieur à celui du photovoltaïque en toiture à inclinaison optimale, mais son alignement avec les objectifs ESG, l'intégration architecturale et les primes de construction à double usage peuvent améliorer l'analyse coût-bénéfice.
• Dans de nombreux projets urbains, les panneaux solaires muraux peuvent offrir une valeur plus élevée par mètre carré de façade utilisable que les panneaux en toiture (en particulier lorsque l'espace en toiture est saturé ou inutilisable en raison d'équipements de chauffage, de ventilation et de climatisation ou d'autres équipements).

Défis et obstacles

Malgré ses avantages, l'énergie solaire photovoltaïque verticale se heurte à certains obstacles :

• Rendement absolu inférieur à celui des réseaux de toits à inclinaison optimale - certaines installations font état d'un rendement inférieur de 30 % ou plus en fonction de l'azimut, de l'ombrage ou du climat local.
• Coûts d'installation et de matériel plus élevés pour les montages personnalisés, l'intégration dans la façade et les finitions architecturales.
• Les propriétaires de bâtiments et les promoteurs sont peu conscients de la viabilité et de la rentabilité de l'énergie photovoltaïque verticale.
• Incertitudes de la simulation : comme on l'a vu, la modélisation de l'irradiation photovoltaïque verticale (en particulier pour les systèmes bifaciaux) peut avoir des marges d'erreur plus importantes, ce qui rend l'approbation du financement plus difficile.
• Lacunes réglementaires : il se peut que les codes du bâtiment ou les réglementations locales ne définissent pas encore explicitement les normes applicables aux systèmes photovoltaïques muraux, ou qu'ils exigent un examen ou des permis spéciaux.

Tendances et perspectives d'innovation

À l'avenir, plusieurs possibilités d'innovation pourraient favoriser l'adoption de l'énergie solaire verticale :

• Façades solaires esthétiques : modules de revêtement photovoltaïque colorés ou texturés qui se fondent dans les matériaux architecturaux.
• Intégration intelligente : couplage du photovoltaïque vertical avec le stockage de l'énergie sur site, la gestion de l'énergie basée sur l'IoT ou les systèmes de réponse à la demande.
• Matériaux photovoltaïques de nouvelle génération : par exemple, modules bifaciaux en tandem ou à pérovskite qui offrent un rendement plus élevé même en cas d'orientation diffuse ou verticale.
• Ville intelligente / écosystèmes de bâtiments à consommation zéro : le solaire vertical est un élément standard dans les directives de conception des façades, contribuant au bilan énergétique de la façade, aux fonctions d'ombrage et de refroidissement de la façade, et à la production d'énergie solaire.

Par ailleurs, des programmes pilotes d'agrivoltaïque ou d'applications à double usage (par exemple les murs bifaciaux verticaux en Inde ou les panneaux photovoltaïques anti-bruit dans les couloirs de transport) commencent à explorer la manière dont le photovoltaïque vertical peut remplir des fonctions multiples (énergie + ombrage / habitat / structure).

Conclusion

Les systèmes photovoltaïques verticaux représentent un segment en plein essor de la conception de l'énergie solaire - ils transforment des murs ordinaires en surfaces productrices d'énergie. Bien que les performances ne soient pas toujours à la hauteur des systèmes idéaux en toiture, leur compatibilité urbaine, leur potentiel d'intégration et leurs avantages en termes de performances saisonnières leur confèrent un attrait certain pour les projets de construction durable.

Sunpal est bien placé pour exploiter ce potentiel inexploité en proposant des solutions solaires murales conçues pour répondre à l'esthétique architecturale, aux exigences réglementaires et aux objectifs en matière d'énergie renouvelable.

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