L’énergie solaire – du toit pour son propre usage

Environ 100 000 propriétaires de bâtiments en Suisse ont déjà fait leur choix technologique et produisent 5 % de l’électricité du pays avec des modules solaires. Mais il faut plus.

Texte: Franz Baumgartner

■ Franz Baumgartner, directeur d’études Ingénierie énergétique et environnementale, ZHAW Winterthour, chef de l’équipe de recherche sur les systèmes photovoltaïques de l’IEFE.

Le tournant énergétique ne peut être réalisé sans le photovoltaïque (PV). Les étudiants le savent déjà lorsqu’ils commencent leurs études sur l’énergie et l’environnement à la ZHAW de Winterthour. Aujourd’hui, seuls 2 mètres carrés de surface de panneaux solaires par habitant sont utilisés pour le climat. Il est donc inutile de spéculer sur la question de savoir si nous disposons, avec 30 mètres carrés de surface de module par habitant, de suffisamment d’espace sur nos bâtiments pour produire autant d’électricité par an que nous en consommons. Plus importante est la question de savoir si, dans deux ans, nous aurons enfin installé les 2 mètres carrés supplémentaires de surface photovoltaïque par habitant nécessaires pour dépasser la part de 20 % de l’énergie solaire en Suisse d’ici la fin de la décennie – ce qui serait conforme aux objectifs pas trop ambitieux de la Stratégie énergétique 2050. D’ici là, nous n’atteindrons certainement pas les limites des toits, si nous ne les bloquons pas artificiellement par des obstacles de toute sorte.

■ Le nouvel outil numérique de mesure et de planification pour le photovoltaïque est développé et testé par Fabian Carigiet sur le toit solaire IEFE de la ZHAW à Winterthour. La réalité augmentée de l’HoloLens pourrait générer des avantages en termes de coûts, voire une documentation automatisée. La pompe à chaleur solaire Dans le canton de Zurich, les installations photovoltaïques sur le toit sont devenues la norme pour les nouveaux bâtiments. Des pompes à chaleur sont installées dans 90 % des nouvelles maisons individuelles et dans 70 % des immeubles d’habitation. Toutefois, cela ne nous permettra pas d’atteindre nos objectifs climatiques, car le chauffage au gaz/mazout fossile a été à nouveau remplacé par une solution fossile dans les immeubles d’habitation existants au cours des dix dernières années. Ainsi, dans le canton de Zurich, environ 80 % des anciens immeubles existants utilisent encore des combustibles fossiles pour se chauffer, alors que ce chiffre est de 50 % pour l’ensemble de la Suisse.

Il faut donc tout mettre en œuvre pour couvrir complètement les toits des immeubles d’habitation avec des modules photovoltaïques. Une incitation à le faire a été créée avec la possibilité de créer des groupes d’autoconsommation. Dans ce cas, il est important que la surface du toit soit pleinement utilisée, même si une partie de l’électricité doit être réinjectée dans le réseau à un prix inférieur au prix coûtant. En effet, une expansion dans les années suivantes sera beaucoup plus coûteuse pour la société dans son ensemble – sans aucun avantage supplémentaire. De plus en plus de maisons privées solaires peuvent utiliser plus de la moitié de l’électricité qu’elles produisent elles-mêmes en incluant une pompe à chaleur et en utilisant

■ Au cours de la première semaine du semestre, les étudiants du cours Ingénierie énergétique et environnementale à Winterthour commencent par prendre des mesures sur le cheval de bataille de la transition énergétique: le module solaire. Informations sur le programme d’études Ingénierie énergétique et environnementale à la SOE de la ZHAW.

une batterie. Deux diplômés de la filière d’étude à la ZHAW de Winterthour, Patrick Böhni et David Wicki, ont réussi à augmenter encore l’autosuffisance solaire, en tenant compte des prévisions météorologiques et de la capacité thermique du bâtiment. Leur travail de fin d’études 2020 a été

primé. Il est tout aussi important de réduire les coûts de planification et de documentation pour les systèmes de maisons individuelles, qui sont actuellement au même niveau que les modules solaires. Fabian Carigiet développe et teste un nouvel outil numérique de mesure et de planification pour le photovoltaïque sur le toit solaire IEFE de la ZHAW à Winterthour. Ainsi, la réalité augmentée de l’HoloLens pourrait générer des avantages en termes de coûts, voire une documentation automatisée.

Electronique de puissance sur chaque module solaire Alors qu’il y a trois décennies, les modules photovoltaïques produisaient 50 watts, aujourd’hui, les modules solaires les plus puissants de 2 mètres carrés produisent 500 watts. Une autre tendance est l’abandon partiel de l’électronique de puissance centrale pour tous les modules solaires au profit d’une électronique individuelle, qui est montée derrière chaque module solaire. De tels optimiseurs permettent de détecter la sous-performance de chaque module individuel et même de vérifier l’état de saleté des panneaux. On ne peut guère s’attendre à ce que la stabilité à long terme du système s’améliore avec cette complexité croissante de l’électronique ainsi qu’avec des températures relativement élevées derrière le module solaire. Même si les composants électroniques sont remplacés sous garantie, l’opérateur de l’installation doit généralement supporter les coûts de main-d’œuvre pour le remplacement. Plus de 50 millions de ces optimiseurs électroniques solaires sont actuellement en service dans le monde.

Une planification optimisée grâce à l’optimiseur Les fabricants de ces optimiseurs promettent jusqu’à 20 % de rendement en plus, malgré un ombrage partiel, par rapport à un onduleur string central standard. Souvent, comme seuls quelques modules sont concernés, cette promesse s’élève à 10 % à peine. En revanche, si trop de modules sont en permanence à l’ombre, le processus de planification doit être remis en question, car il n’y a guère de potentiel d’amélioration. En outre, les fabricants spécifient souvent l’efficacité de ce convertisseur DC-DC avec

seulement la valeur maximale de 99 %. Cependant, on ne peut se rapprocher de cette valeur que si le rapport de tension entre l’entrée et la sortie est proche de un. Pour le planificateur, cela signifie qu’il n’est pas optimal sur le plan énergétique de connecter en série un nombre quelconque de modules. Si l’on s’écarte de l’optimum d’environ 13 optimiseurs (ce qui n’est toutefois pas précisé dans la fiche technique) et que l’on va jusqu’aux limites de conception autorisées, il en résulte des pertes d’efficacité supplémentaires pouvant atteindre 2 %. Avec les pertes additionnelles de l’onduleur, il est alors beaucoup plus inefficace qu’un onduleur string traditionnel qui fonctionne de manière optimale sans ombrage pendant la majeure partie du temps. Dans le laboratoire IEFE de la ZHAW, ces mesures individuelles sont effectuées, par exemple, sur des optimiseurs par des étudiants ainsi que par des participants au cours de formation avancée en énergie solaire, afin de renforcer l’approfondissement technique et l’expérience mentionné ci-dessus.

www.zhaw.ch