Horizon, la première fenêtre à la fois électrochrome et photovoltaïque
Sunpartners Technologies et Vinci Construction ont développé une fenêtre révolutionnaire qui assure, de manière autonome, une occultation solaire, sans stores, ni raccordement électrique
L’idée est simple. Sunpartners a ajouté une couche photovoltaïque esthétique à une fenêtre à menuiserie aluminium équipée d’un double vitrage portant une couche électrochrome SageGlass de Saint-Gobain Glass.
Le résultat est spectaculaire. Livrée prête à poser, la fenêtre est autonome. Sa mise en oeuvre est simplissime, ne requiert aucun raccordement électrique et ne change en rien par rapport à une fenêtre classique.
La technologie électrochrome
Commençons par un petit rappel sur la technologie électrochrome. Elle n’est, pour l’instant, maîtrisée que par une poignée de fabricants dans le monde. En Europe, plusieurs industriels préparent une offre, mais seuls l’allemand e-Control et SageGlass de Saint-Gobain Glass commercialisent réellement des vitrages avec couche électrochrome.
Il s’agit d’un oxyde déposé en couche mince. Excité par une impulsion électrique à une très faible tension, il change d’état et s’opacifie graduellement en fonction de l’impulsion. Un vitrage électrochrome passe du transparent à l’occulté et offre quatre états : clair (parfaitement transparent), Light, MID, Full (occultation).
A l’état « Full », depuis l’intérieur, on voit encore le paysage à l’extérieur, mais on ne perçoit rien de l’intérieur du bâtiment depuis l’extérieur. La couche électrochrome ne consomme de l’électricité qu’au moment du changement d’état. Elle ne requiert aucune alimentation pour maintenir un état. Les dimensions maximales d’un vitrage SageGlass sont aujourd’hui de 1524 x 3048 mm. Il peut être divisé en 3 zones d’occultation, gérées indépendamment.
L’ajout du photovoltaïque
L’apport décisif de Sunpartner Technologie, installé près d’Aix-en-Provence, consiste à ajouter une couche photovoltaïque transparente. En réalité, cette couche peut aller du transparent à l’opaque, en divers coloris. Selon le degré de transparent, la puissance varie de 10 (transparent) à 110 Wc/m² (opaque).
Le composant photovoltaïque est une couche mince CIGS, fourni par Avancis et usiné par Sunpartners. Les dimensions maximales d’un élément photovoltaïque sont de 600 x 1200 mm. Mais Sunpartners Technologie a développé une solution de laminage qui permet de coller les éléments photovoltaïques les uns après les autres, sans qu’une séparation soit perceptible.
La fenêtre Horizon présentée conjointement avec Vinci est en deux parties : une allège photovoltaïque en partie basse, un ouvrant à occultation au-dessus. Sunpartners est aussi capable de coller sa couche photovoltaïque directement sur la couche électrochrome SageGlass. A terme, il est donc concevable de fabriquer aussi des fenêtres sans allège, voire des segments de verrière.
Horizon est connectée
Nous avons donc une fenêtre équipée d’une couche électrochrome et d’un élément photovoltaïque qui fournit l’énergie nécessaire à l’activation de la couche électrochrome en toute autonomie. Sunpartners a ajouté un petit boîtier qui rend la fenêtre Horizon intelligente et connectée.
Monté sur la menuiserie intérieure, ce boîtier contient une batterie stockant environ 20 Wh. Ce qui suffit à permettre des manœuvres de la couche électrochrome, même en l’absence de soleil pour alimenter le photovoltaïque. Il contient aussi une petite puissance de traitement, deux solutions de communication sans fil et un certain nombre de capteurs.
La puissance de traitement le rend programmable. La première solution de communication en BLE (Bluetooth Low Energy) permet un pilotage local depuis un smartphone grâce à une application appropriée.
Une communication en LoRa vers la GTB
La seconde solution de communication est en LoRa vers la GTB. Les visiteurs du site Batirama.com sont parfaitement au courant de l’existence et des caractéristiques des communications sans fil très bas débit LoRa, depuis notre première série d’articles sur les objets connectés (http://www.batirama.com/article/13447-internet-des-objets-02-cap-sur-les-reseaux-lora.html).
Ici, LoRa fait office de moyen de transport des données dans les deux sens. Sunpartners a développé une couche applicative qui organise ces données. Pour qu’une GTB soit capable de piloter les fenêtres Horizon, il faut qu’elle sache capter des communications LoRa, d’une part, et que l’API (l’interface de programmation) de la couche applicative lui soit communiquée.
Une fois que ces deux conditions sont remplies, Horizon est une fenêtre connectée, pilotable localement par une application ou bien soumise à la GTB, voire les deux à la fois.
Horizon est intelligente
Le boîtier développé par Sunpartners contient aussi une sonde de luminosité ambiante, un capteur de température ambiante et un détecteur de présence. La couche photovoltaïque du vitrage lui communique l’ensoleillement extérieur.
Le boîtier connaît aussi le niveau de charge de sa batterie et l’état d’opacité de chacune des trois zones du vitrage électrochrome. Il détecte aussi l’intrusion et l’ouverture de la fenêtre. Cette masse de renseignements permet de développer des stratégies autonomes intelligentes.
En été, par un fort ensoleillement et une température extérieure élevée, si le boîtier ne détecte aucune présence dans le local, il peut demander la totale occultation, afin de réduire les apports de chaleur externes, de baisser la climatisation et de maximiser les économies d’énergie.
Le très prometteur marché du BIPV
Selon Vinci Construction, la fenêtre Horizon est la solution BIPV idéale pour les bâtiments tertiaires. BIPV signifie Building Integrated PhotoVoltaics ou photovoltaïque intégré au bâti. Oubliez cependant « l’intégré au bâti » à la française avec ses règles byzantines d’intégration totale ou partielle et ses toitures qui fuient.
Le BIPV se situe dans un tout autre contexte. C’est celui de la Directive Européenne sur l’Efficacité Energétique des Bâtiments qui exige le BEPOS (Bâtiment à Energie Positive) en 2018 pour les bâtiments publics neufs et en 2020 pour tous les bâtiments neufs. Le BIPV s’applique donc aussi et surtout au tertiaire.
Comme le souligne Jérôme Stubler de Vinci Construction, pour construire des bâtiments tertiaires BEPOS, même après avoir réduit autant que possible leurs consommations d’énergie, les surfaces de toitures disponibles ne suffiront pas, il faudra investir les façades et les équiper de capteurs photovoltaïques.
La fenêtre Horizon fournit une élégante solution 3-en-1 : fenêtre fixe ou à ouvrant, avec protection solaire électrochrome et production d’électricité photovoltaïque. Selon Vinci construction, le marché du BIPV était évalué à 3 milliards de dollars en 2015, mais il devrait atteindre 26 milliards en 2022.
Mise sur le marché progressive en 2017
Face à ce marché prospectif, les deux entreprises Sunpartners Technologie et Vinci Construction se frottent les mains et s’organisent. Elles ont créé une joint-venture à 50/50, dont le but est de développer d’autres produits à partir de cette technologie.
De son côté Sunpartners investit 8 millions d’euros dans son usine près d’Aix-en-Provence, embauche 45 personnes en 2017, puis 45 autres en 2018 pour être en mesure de livrer les premières commandes dès l’été 2017, atteindre une production de 40 000 m² en 2017, puis de 150 000 m² de couche photovoltaïque mince, transparente, laminée sur du vitrage en 2018.
Il s’agit de solutions destinées, pour l’instant, au marché tertiaire, bien que les deux compères songent très fortement au marché du remplacement des fenêtres en logement. La prescription et la prise de commande commenceront dès janvier 2017.
Atec en cours
Naturellement, nous sommes en France. Vinci Construction qui maîtrise parfaitement nos arcanes règlementaires, se charge donc d’obtenir un ATEC (Avis Technique) pour la fenêtre Horizon. Il cherche également des partenaires façadiers et menuisiers pour la fabriquer. Elle se fabrique d’ailleurs de manière très classique.
Sunpartners fournit le complexe double vitrage pour l’allège photovoltaïque, SageGlass fournit le double vitrage de la partie haute. Le menuisier achète ses profilés aluminium auprès d’un gammiste et choisit son ferrage.
Selon Vinci Construction et Sunpartners, le coût d’une fenêtre Horizon est identique à celui d’une fenêtre performante équipée d’un store à lamelles ou d’un brise-soleil. Le prix du verre photovoltaïque seul varie de 200 à 700 €/m² selon son degré de transparence.
A prix fourni posé identique à une fenêtre classique avec protection solaire, Horizon devrait en plus entraîner une économie de 20 à 40% sur les consommations de climatisation. La première prescription des fenêtres Horizon a porté sur le nouveau siège de Vinci Construction – livrable en 2019 – à Nanterre. D’ici 2020, la capacité de production devrait atteindre 300 000 m²/an.
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