Pho­to­vol­taïque dans le bâ­ti­ment: nou­veau ca­hier tech­nique SIA 2062

Le photovoltaïque a gagné en importance sur le marché de la construction, ce que reflète la diversité des méthodes d’intégration d’installations photovoltaïques dans l’enveloppe des bâtiments. D’après les perspectives énergétiques 2050+, la production d’électricité solaire doit s’accroître considérablement d’ici 2050. Les installations photovoltaïques vont donc progressivement s’imposer comme des éléments incontournables de la culture du bâti. D’où l’importance de planifier avec soin leur intégration dans le bâti et de garantir la sécurité de leur exploitation.

Dans ce contexte, le nouveau cahier technique SIA 2062 Photovoltaïque intégré et attenant au bâtiment, paru début 2023, constitue une aide précieuse pour les maîtres d’ouvrage, les mandataires, les installateurs et les autorités. Il s’applique exclusivement aux installations sur les bâtiments et porte sur les thèmes suivants: rendement énergétique et rentabilité; caractéristiques des différents types de modules; méthodes d’intégration architecturale et d’intégration à la construction; aspects techniques des différents systèmes; déroulement du projet et responsabilités; modèles d’exploitation; écologie, durée d’utilisation et déconstruction.

Installations photovoltaïques «intégrées au bâtiment» et «ajoutées au bâtiment»

Une question a tendance à revenir lors des processus de normalisation, à savoir : comment distinguer une installation photovoltaïque « intégrée au bâtiment » (BIPV) d’une installation «ajoutée au bâtiment»? Le cahier technique SIA 2062 n’ayant pas fait exception, le groupe de travail chargé de son élaboration a finalement décidé de reprendre la définition de la norme européenne SN EN 50583 Éléments photovoltaïques dans la construction: «Les modules photovoltaïques sont considérés intégrés au bâtiment s’ils constituent un composant constructif du bâtiment. (…) Lorsque le module PV intégré est démonté (...), il faut le remplacer par un produit de construction approprié.» Le cahier technique SIA 2062 complète cette définition par une liste des différentes fonctions d’un bâtiment pouvant être concernées par le photovoltaïque:

• «rigidité mécanique et intégrité structurale;
• protection principale contre les intempéries : pluie, neige, vent, grêle;
• économie d’énergie, p. ex. ombrage, éclairage naturel ou isolation thermique;
• protection incendie;
• protection contre le bruit;
• séparation entre les environnements intérieurs et extérieurs;
• sûreté, abri ou sécurité.»

À l’inverse, les installations photovoltaïques ajoutées au bâtiment sont définies comme suit: «Les installations photovoltaïques sont considérées ajoutées au bâtiment ou montées sur le bâtiment lorsque les modules photovoltaïques utilisés ne remplissent pas les critères applicables aux modules BIPV tels que définis dans la norme SN EN 50583-1».

Surface et puissance d’une installation photovoltaïque

En construction, les dimensions sont habituellement exprimées en surface et en volume. Pour les installations photovoltaïques, il faut aussi prendre en compte la puissance électrique. Celle-ci s’exprime en puissance DC normée en kilowatts (kW) dans des conditions de test standard (STC). Malgré son utilisation très répandue dans la pratique, la désignation «kilowatt-crête» (kWc) pour la puissance DC normée, jugée «formellement impropre», n’est pas utilisée dans le cahier technique SIA 2062. L’unité correcte, à savoir le kW, lui est préférée. Il y est par ailleurs expliqué qu’en «conditions de test standard, le rayonnement est égal à 1000 W/m² et la température des cellules solaires à 25 °C.» Les modules solaires bifaciaux utilisent le rayonnement solaire à la fois sur la face avant et sur la face arrière. Pour ceux-ci, un rayonnement standard de 135 W/m² pour la face arrière vient donc s’ajouter à la valeur de 1000 W/m² pour la face avant. Le courant continu des cellules solaires est injecté dans le réseau interne du bâtiment via un onduleur. Pour illustrer la performance d’une installation photovoltaïque, avec le rendement actuel des modules solaires d’environ 22%, la puissance nominale d’une installation photovoltaïque monofaciale de 10 m² est d’environ 2,2 kW. Si cette installation est placée sur un toit bien ensoleillé, elle produira environ 2200 kWh d’électricité par an.

Impact sur le bilan énergétique des bâtiments

Différentes publications SIA, telles que la norme SIA 380 Bases pour les calculs énergétiques des bâtiments ou les cahiers techniques SIA 2040 La voie SIA vers l’efficacité énergétique et SIA 2056 Électricité dans les bâtiments – Besoins en énergie et puissance requise, traitent du bilan énergétique d’un bâtiment. Celui-ci englobe aussi bien la durée d’utilisation que l’énergie grise émise lors de la construction d’un bâtiment. En ce qui concerne les modules photovoltaïques intégrés au bâtiment, il est nécessaire d’établir une distinction importante, laquelle est souvent source de malentendus:

• L’énergie grise des tuiles doit être comptabilisée comme dépense énergétique/consommation pendant la phase d’exploitation.
• En produisant de l’électricité, l’installation photovoltaïque compense l’énergie grise émise lors de la construction. De plus, elle produit de l’électricité de manière durable, ce qui se traduit par un bilan énergétique nettement positif.

La norme SIA 380/1 Besoins de chaleur pour le chauffage considère la production d’électricité à partir du photovoltaïque comme une énergie reçue de l’extérieur, avec les valeurs caractéristiques correspondantes.

Différents types de modules et de possibilités de conception

La plupart des modules photovoltaïques sont destinés à être installés sur des toits ou au sol. Encore limitée, l’offre de modules solaires teintés, de surfaces en verre profilé ou encore de modèles sur mesure ne cesse de se développer. Lors du choix d’un module photovoltaïque, il faudra distinguer entre un module standard, issu d’une production en plus ou moins grande série, et un module sur mesure, sans en oublier l’impact sur les coûts et le calendrier. Sur le plan économique comme logistique, un module standard sera souvent plus avantageux. Plus chères, les réalisations sur mesure entraîneront un surplus de travail à la production et des délais de livraison plus longs. Une conception sur mesure, en adaptant la couleur, la forme et la taille à l’enveloppe du bâtiment en question peut toutefois présenter des avantages, dont témoignent les réalisations exposées sur le site solarchitecture.ch. Les écarts de coûts par rapport à une façade conventionnelle en verre, en terre cuite ou en pierre restent minimes. Selon les cas, une façade photovoltaïque pourra produire de l’électricité pendant plusieurs décennies et présenter, outre l’aspect environnemental, un avantage économique non négligeable.

Rentabilité des installations photovoltaïques intégrées aux bâtiments

«Les installations photovoltaïques sont des installations de production d’énergie (IPE) qui réduisent d’autres coûts énergétiques futurs.» Sur la base de cette explication tirée du cahier technique SIA 2062, celles-ci doivent donc être comptabilisées en dehors du groupe de frais principal 2 (CFC 3). Les coûts d’investissement de départ se traduisent par un rendement supplémentaire qui ne figure pas systématiquement dans l’évaluation d’un bien immobilier. Le futur rendement électrique d’une installation photovoltaïque doit donc être mis en relation avec l’investissement initial. Lors de la phase d’études, il est important de tenir compte de cet aspect avant de décider de renoncer à une installation photovoltaïque, qui entraînerait une perte de rendement dans le futur. Outre la production d’électricité, les installations photovoltaïques intégrées au bâtiment peuvent présenter d’autres avantages économiques:

• économies réalisées par rapport à l’utilisation d’autres matériaux pour l’enveloppe du bâtiment et, le cas échéant, plus-value des matériaux de qualité supérieure et ayant une plus grande durée de vie ;
• subventions ;
• prise en compte d’éventuelles déductions fiscales, a fortiori en cas d’investissements dans des constructions existantes en propriété privée ;
• meilleure autonomie en cas de hausse des prix de l’électricité;
• meilleure notation de la durabilité.

Sécurité pendant la construction et l’exploitation

Les mesures de prévention des chutes durant la construction et l’exploitation sont importantes et connues. Lors de la phase d’exploitation, les mesures de sécurité portent principalement sur la protection contre les incendies. À cet égard, le cahier technique SIA 2062 renvoie aux prescriptions de protection incendie AEAI. Pour les installations solaires, y compris les installations photovoltaïques, le guide de protection incendie de l’AEAI 2001-15 (GPI AEAI) Capteurs et panneaux solaires s’applique. Il complète les prescriptions générales de protection incendie AEAI. De plus, Swissolar et l’AEAI ont élaboré un «Papier sur l’état de la technique relatif au Guide de protection incendie AEAI Capteurs et panneaux solaires» s’appliquant en grande partie aux installations sur les toits. Un «Papier sur l’état de la technique» est également en cours d’élaboration pour les façades photovoltaïques.

Sur certains sites, les risques d’éblouissement doivent également être pris en compte lors de la planification. À cet effet, l’Office fédéral de l’énergie, le canton de Berne et Swissolar ont publié conjointement un instrument de calcul accessible au public: blendtool.ch. Celui-ci prévoit des mesures correctives en cas de risque d’éblouissement, comme d’adapter l’orientation des modules ou le choix de surfaces de modules moins éblouissantes, notamment avec des verres satinés.