L'acronyme BIPV, pour 'Building Integrated Photovoltaics', est encore peu connu du grand public. Mais les choses devraient indéniablement changer prochainement. Selon la célèbre firme de consultance Frost & Sullivan, la croissance de ce secteur est estimée à quelque 40% par an... L'une des premières réalisations BIPV a trouvé son application dans les produits PV semi-transparents : ils sont constitués d'une structure de verre incorporant des cellules photovoltaïques.

Le concept 'Building Integrated Photovoltaics' implique l'incorporation des composants photovoltaïques aux matériaux de construction proprement dits. Au premier abord, on pense ici à l'intégration aux revêtements de toitures ou de façades. Mais les fenêtres et les autres surfaces vitrées entrent également en considération, par exemple en recourant à l'usage de panneaux PV semi-transparents. Le verre 'SunEwat' en est un bon exemple. Frédéric Bonnefoy, BIPV-Manager AGC Glass Europe, qui fabrique ce produit PV sur structure verre-verre : « Notre verre de sécurité semi-transparent avec cellules photovoltaïques incorporées présente exactement les mêmes propriétés que nos produits vitrés ordinaires, notamment en termes d'isolation thermique, d'acoustique, de sécurité et de translucidité. Mais en sus, il produit de l'énergie d'une manière parfaitement comparable aux panneaux PV installés en toiture. La seule chose qui le différencie, c'est que le verre 'SunEwat' se présente comme un produit qui n'est pas ajouté au bâtiment mais qui remplace d'autres produits vitrés tout en conservant leurs fonctions spécifiques. »

Couche sur couche

A l'heure actuelle, plusieurs fabricants proposent déjà des panneaux PV semi-transparents, également appelés produits PV à structure verre-verre. La technologie sur laquelle repose cette invention est relativement simple. Les cellules photovoltaïques sont maintenues en place entre les deux feuilles de verre et protégées contre les intempéries par une technologie 'd'encapsulation' dans un intercalaire en résine ou en plastique, comme le polyvinylbutyral (PVB) ou l'éthylène-acétate de vinyle (EVA, utilisé dans le cas des systèmes SunEwat). Le matériau d'encapsulation protège les cellules de l'humidité et est conçu pour résister aux températures élevées, aux variations thermiques et au vieillissement dû au rayonnement UV. Les deux feuilles de verre sont également résistantes à la chaleur. La feuille extérieure est composée d'un type de verre à faible teneur en fer, de manière à laisser passer une quantité maximale d'énergie lumineuse. Une épaisseur minimale par feuille doit être respectée : 4 mm. L'épaisseur totale d'un panneau semi-transparent à structure verre-verre s'élève donc à 4 + 1,5 + 4 = 9,5 mm. Bien entendu, le fait qu'il s'agisse d'un panneau de 2 x 2 m ou de 40 x 100 cm revêt de l'importance : plus le panneau est grand, plus le verre doit être épais.

Transparent... en partie

En règle générale, les deux feuilles de verre enveloppent des cellules solaires composées de minces plaquettes carrées de silicium cristallin. Dans le cas du 'SunEwat', ces cellules présentent un côté de 156 mm. Elles sont de type polycristallin à haut rendement (jusqu'à 16,7%). Bien sûr, de telles cellules solaires ne sont pas transparentes. Mais les rayons du soleil peuvent s'infiltrer entre elles si elles ne sont pas contiguës : c'est ce qui explique le terme 'semi-transparent'. Le degré de transparence du verre dépend donc de l'interstice laissé entre les cellules.

Direction : les consommateurs

Les panneaux solaires semi-transparents peuvent être raccordés à l'extrémité du module via une boîte de dérivation standard ou un boîtier de connexion. Pour les applications en façade et sur toiture, il est également possible d'installer un dispositif de raccordement sur le rebord du panneau vitré. Dans ce cas, le câblage peut être dissimulé au moyen de profilés spéciaux pour vitrage PV. Certains systèmes, comme le 'SunEwat', sont spécialement conçus pour réaliser des connexions en série au niveau du profilé. On évite ainsi d'utiliser des câbles visibles ou d'autres appareils de connexion sur un système destiné à habiller une façade. Enfin, le courant arrive aux utilisateurs du bâtiment via un onduleur CC/CA, un compteur d'électricité verte et un boîtier à fusibles, et/ou est injecté sur le réseau public via un compteur de courant général.

Le service public en tête de pont

De tels modules verre-verre sont généralement fabriqués sur mesure pour chaque client, contrairement aux modules PV opaques posés en toiture. Le 'SunEwat' semi-transparent est ainsi disponible en dimensions variables (jusqu'à 2 x 4 m maximum). Le nombre de cellules photovoltaïques par unité de surface vitrée, l'espace laissé entre elles et l'épaisseur du verre sont également laissés au libre choix du client. La vitre extérieure est en verre ultra-clair mais pour son homologue intérieure, les possibilités sont plus larges : clair, ultra-clair, coloré, sérigraphié, à revêtement low-e, feuilleté,... Frédéric Bonnefoy : « Ce produit est surtout utilisé pour les façades, les atriums, les toitures, les balustrades,... et essentiellement dans les bâtiments publics comme les gares, les aéroports, les écoles, les hôpitaux,... ou encore les immeubles de bureaux. Dans le secteur résidentiel, ce sont les vérandas qui constituent le domaine d'application le plus important. Il n'est cependant pas recommandé d'en équiper les fenêtres pouvant s'ouvrir et se fermer : le rendement s'en verrait en effet diminué. »

Installation et entretien

Globalement, le montage de ces produits PV semi-transparents se déroule d'une manière similaire aux fenêtres usuelles. Les travaux peuvent être exécutés par les mêmes professionnels, bien qu'ils aient besoin d'une courte formation. Certaines opérations, comme la pose du câblage, l'installation de l'onduleur,... sont généralement assurées par des électriciens ayant été dûment formés à cet effet. Une fois le système en place, il n'a besoin que d'un entretien minimal. Si la pluie ne suffit pas à assurer la propreté du verre, il peut être utile de le nettoyer de temps à autre afin de garantir une production d'électricité maximale. De même, il est judicieux qu'un technicien vérifie à intervalles réguliers si les contacts électriques sont encore corrects et contrôle si la production électrique moyenne reste plus ou moins constante. Enfin, l'environnement mérite aussi qu'on s'y attache : si un arbre tout proche devient trop haut et projette ainsi beaucoup d'ombre sur les panneaux, par exemple, il est recommandé de le retailler. Mais en tout état de cause, la production d'énergie d'un produit comme le 'SunEwat' est fiable, affirme Frédéric Bonnefoy. « Les performances de nos systèmes sont garanties jusqu'à 90% de la puissance nominale pendant dix ans; ensuite, nous assurons encore un rendement de 80% pendant dix années supplémentaires. »

Un début prometteur

Mais en matière de verre photovoltaïque, beaucoup d'autres nouveautés sont encore en gestation. Certaines organisations sont ainsi occupées à développer un verre produisant de l'énergie solaire grâce à la technologie des films minces. Dans ce cadre, il sera possible d'envisager l'utilisation de silicium amorphe, de tellurure de cadmium (CdTe), de sulfure de cuivre-indium (CIS), de séléniure cuivre-indium-gallium (CIGS),... Il existe même une firme qui s'est hasardé à le mettre en pratique : le fabricant de verre espagnol Schott Iberica. Ce dernier a notamment équipé son siège central de parois en silicium amorphe coloré semi-transparent. La consommation d'électricité nécessaire au chauffage et à la climatisation du site aurait ainsi pu être réduite de 8%. Certaines entreprises étudient également les perspectives offertes par les 'dye-sensitized solar cells' (DSSC) ou les CPVO (cellules photovoltaïques organiques),... - l'objectif étant de développer des cellules solaires qui ne soient plus visibles, de manière à ce que le vitrage utilisé ne se distingue (pratiquement) plus du verre traditionnel.