Quels systèmes photovoltaïques sur toits et toiture-terrasse ?

Quels systèmes photovoltaïques sur toits et toiture-terrasse ?

Les futures réglementations énergétiques applicables aux bâtiments résidentiels et collectifs demanderont de s’équiper de champs photovoltaïques. Attention aux pathologies...


Hier exotique, aujourd’hui argument environnemental, demain obligation pour passer les niveaux renforcés de la réglementation énergétique et environnementale. Le toit photovoltaïque poursuit son avancée dans le logement individuel et collectif afin de participer sensiblement à la réduction de la demande d’énergie et à la fourniture générale d’une énergie renouvelable.

 

Mais, même si cette activité est activement pratiquée depuis plus d’une décennie, industriels, prescripteurs et installateurs sont confrontés à une offre technique et des méthodes de pose encore très diverses.

 

Comment éviter les pathologies lourdes

 

D’ores et déjà, les professionnels ont à leur disposition des éléments concrets : le programme Pacte a publié en mars 2013 un guide sur les systèmes intégrés aux toitures en pentes, et un « Calepin de chantier » sur le même sujet a été publié en février dernier.

 

Les entrepreneurs qui visent l’équipement des toits-terrasses trouveront plus d’informations pratiques auprès du GMPV-FFB, groupement d’unions professionnelles concernées et de syndicats d’industriels.

 

Cette structure diffuse de nombreux guides fondés sur des règles professionnels et des normes de produits et d’installation évidemment très rigoureuses. Ce qui ressort des témoignages des industriels, concepteurs et installateurs est l’importance de la prise en compte de très nombreuses règles pour parvenir à un équipement efficace et durable et pour éviter les pathologies aux conséquences parfois lourdes.

 

Avis d’expert  : S’informer et se qualifier pour une activité en phase de déploiement

 

Jean Damian, directeur de Solardis, président du GMPV-FFB

 

« Les professionnels doivent adopter quelques principes élémentaires pour traiter leurs chantiers. En premier lieu, ils ne doivent retenir que les procédés bénéficiant d’un avis technique, d’une Atex, d’une enquête de technique nouvelle…

 

Ils s’assurent que le chantier soit adapté au domaine d’emploi du procédé : panneaux, systèmes de fixation… Inversement, le domaine d’emploi doit permettre de répondre au chantier : la solution retenue est-elle compatible avec le montage de panneaux sur une terrasse à 50 m de hauteur ?

 

En second lieu, les maîtres d’ouvrage vérifieront la qualification des entreprises : Qualibat 59.11 et 59.12, Quali'PV ou Qualif'Elec. il s’agit d’une mesure nouvelle et indispensable qui découle de la parution de l’arrêté du 9 mai 2017 sur les conditions d’achat de l’électricité photovoltaïque.

 

Surtout, l’installateur doit comprendre les évolutions réglementaires pour être de bon conseil vis-à-vis du maître d’ouvrage. Ces mécanismes de soutien sont devenus complexes, et le GMPV-FFB propose, dans l’espace adhérent sur son site internet, un logigramme dynamique destiné à orienter la prescription selon les types de marché. »

 

Solution 1 : Toit en pente , soigner l’étanchéité

La mise en œuvre de panneaux photovoltaïques intégrés à la toiture d’une maison individuelle ou d’un petit collectif impose de prendre en compte les règles élémentaires de couverture et l’impact des modules.

 

 

Si chaque système photovoltaïque possède son propre mode de pose, quelques précautions sont universelles et incontournables, telles l’étanchéité et l’écoulement des eaux. Les capteurs photovoltaïques posent aussi des problèmes de condensation en sous face des panneaux, et ce même avec un comble ventilé. Il s’agit par ailleurs d’éviter la stagnation de l’eau aux nombreux points singuliers des installations.

 

Sur une toiture en pente, la solution la plus sûre est celle du panneau avec bac de récupération des condensats en sous face. La première tâche consiste à calepiner l’installation pour placer les abergements hauts, bas et latéraux.

 

Les objectifs sont de ne jamais découper d’éléments de couverture et d’assurer un large recouvrement de ces abergements par les tuiles ou ardoises. Ce qui peut conduire à utiliser des éléments adaptés, par exemple pour le placement des tuiles très galbées « romane-canal ».

 

La toiture est préparée par la pose d’un écran de sous-toiture entre chevrons, si possible sur toute sa surface, au moins bien au-delà de celle occupée par les capteurs. Les pans – qui se recouvrent de 10 à 20 cm – sont tendus entre des contrelattes vissées. Les installateurs s’interdisent toute formation de vagues ou de poches.

 

En surface de toiture, la pose du bac et du panneau permet une évacuation sans obstacle des eaux et évite les infiltrations par effet concomitant du vent et de la pluie ou par capillarité : les ouvertures sous les tuiles sont fermées par une mousse imputrescible, les abergements hauts et bas sont façonnés avec une pince en tête.

 

Les réseaux électriques circulent dans des chemins de câbles ou des goulottes, et en dehors des zones d’écoulement des eaux. Les liaisons équipotentielles assurent des masses continue, et les raccordements évitent les boucles induites entre polarités et les interconnexions de masses.

 

  • Intérêt : assurer l’étanchéité de la toiture et un fonctionnement optimal des panneaux.
  • Limite : une solution plutôt adaptée à la construction neuve.

 

Solution 2 : Toit-terrasse , châssis lestés sur structure porteuse isolée

À elle seule, la toiture-terrasse est un concentré de difficultés pour les concepteurs et les entreprises de gros-œuvre. La pose d’une installation photovoltaïque conduit à une approche très précise du chantier.

 

 

Solution courante et assez aisément réalisable sur un bâtiment existant, la pose de capteurs sur châssis lestés simplifie cet équipement. Elle a pour intérêt d’éviter les traversées d’étanchéité et d’isolation thermique, souvent à l’origine d’infiltrations.

 

Le dimensionnement prend en compte la charge rapportée des structures et des panneaux, ainsi que de la charge de neige et son accumulation possible sous les modules inclinés.

 

Tous les types de revêtements d’étanchéité pour toitures techniques sous avis technique ou document technique d’application conviennent pour cet usage. Sur les ouvrages neufs, la pose des structures sur l’étanchéité obligera les concepteurs à retenir les références résistantes au poinçonnement du niveau maximal I5. Sur les ouvrages existants, les concepteurs sont invités à refaire le complexe d’étanchéité.

 

L’isolation thermique doit être capable de supporter la structure photovoltaïque et le lest. En bâtiment neuf, les isolant sont d’une classe de compressibilité C à 80 °C ; à noter que le polystyrène expansé de classe B à 80 °C est admis.

 

Dans l’existant, si l’isolant est d’un classement inférieur à celui qui vient d’être décrit, on double l’ancienne étanchéité d’un écran support de classe C et d’une nouvelle étanchéité.

 

  • Intérêt : désolidariser l’installation photovoltaïque de l’isolation et de l’étanchéité de l’ouvrage.
  • Limite : la charge de l’équipement peut limiter la surface totale des modules posés.

 

Solution 3 : Petits collectifs, investir dans l’hybride

Associer énergies renouvelables et renouvelées garantit une exploitation optimale des apports gratuits, voire une autonomie énergétique.

 

La toiture terasse de l'internat du Lycée Voltaire à Orléans est couverte par 272 panneaux photovoltaïques.

Cet ouvrage est à énergie positive.

 

Prise une à une, les solutions photovoltaïques et thermiques peuvent s’avérer décevantes. Les associer change radicalement la donne. Les installateurs peuvent retenir des technologies « tout en un », comme celle proposée par le marseillais DualSun.

 

Propriétaire de ses brevets, cette société propose des panneaux hybrides qui présentent une surface classique de panneau photovoltaïque et une sous face thermique destinée à la production d’eau chaude sanitaire. Pour quels avantages ?

  •  La sous face thermique constituée d’une fine lame d’eau refroidit les cellules photovoltaïques et maintien leur rendement.
  • À surface égale, pour 1 kWh d’électricité généré, l’installation assure 1 à 2 kWh d’énergie thermique.

 

Ce « sandwich » se révèle efficace au regard de l’exploitation du rayonnement solaire reçu et de l’occupation d’espace en toiture. Ce matériel a par ailleurs été récemment modifié pour répondre aux marchés collectifs. La partie thermique est désormais en polypropylène, un matériau résistant à la chaleur, plus léger et qui abaisse le coût de 20 à 25 %.

 

Autre expérience exemplaire : l’association des énergies solaires photovoltaïques et thermiques avec la récupération de la chaleur des eaux usées. Ce type d’installation vient d’être mis en œuvre par Biofluides Environnement sur le chantier de l’internat du lycée Voltaire à Orléans.

 

La solution hybride DualSun s'adapte à l'individuel comme au collectif

 

Les installations sanitaires (douches, baignoires et cuisines) des 110 chambres sont reliées à une cuve de récupération qui fait office de source froide d’une pompe à chaleur de 32 kW ; l’eau arrive à 25-30 °C et est rejetée à l’égout à 9 °C.

 

Cette installation est aussi alimentée par 30 panneaux solaires tubulaires. Ces deux sources, de 18,8 kWhep, couvrent la totalité du besoin d’ECS à 55 °C. Il n’empêche que le maître d’ouvrage dispose aussi de 272 panneaux PV, soit 71,24 kW cumulés, appelés à produire plus de 65 000 kWh annuels.

 

Ici, l’énergie est revendue, mais il serait aussi concevable d’auto-consommer cette électricité pour alimenter le compresseur du générateur.

  • Intérêt : optimiser la ressource solaire, rationaliser la surface disponible en toiture, viser l’autonomie énergétique.
  • Limite : la disposition des locaux, les besoins des usagers, le budget du maître d’ouvrage.

 

Informations techniques : Les incontournables des chantiers

 

Qu’il s’agisse de revente d’électricité ou d’autoconsommation, l’installation d’un équipement photovoltaïque repose sur une démarche rationnelle.

 

 

Le site où il est installé contient les premières informations à prendre en compte : localisation (secteur sauvegardé, architecture locale contraignante…), climat, ensoleillement, proximité d’activités productrices de poussières ou de résidus demandant un entretien fréquent, présence de masques naturels (végétation, constructions…), distance du point d’injection sur le réseau, sismicité…

 

L’analyse du bâtiment comprend pour sa part l’examen de l’orientation des différentes façades et la capacité de l’ouvrage à supporter les panneaux en toiture ou en terrasse ; il peut être nécessaire de recourir à un bureau d’études structure.

 

Les points à examiner sur les toitures en pentes sont les cheminées et fenêtres de toit, la charpente (entraxe des chevrons et liteaux…), la surface disponible, la présence d’un écran de sous-toiture, les possibilités de ventilation en sous-face… Cet examen permet d’éviter un affaissement de la toiture.

 

Cette première approche doit déboucher sur une première estimation de production d’énergie. Et avant d’en arriver à une préconisation de l’équipement photovoltaïque et électrique, il faut effectuer les démarches administratives d’urbanisme (auprès de la mairie et de l’architecte des bâtiments de France), d’Enedis pour le raccordement, du Consuel pour le contrôle, de la structure de rachat de l’énergie (EDF ou autre) et, généralement, du banquier pour le financement.

 

La conception de l’ouvrage est assurée par un bureau d’études ou par l’installateur. On veille à la compatibilité entre le système choisi et la toiture (support, récupération et évacuation des condensats…), à la qualité des équipements, à la compétence des installateurs, à la rigueur apportée au montage électrique (respect de la norme NF C 15-100, du guide UTE C 15-712-1 pour les installations raccordées et du guide UTEC 15-712-2 pour celles autonomes, marquage des appareillages tels que onduleur et boîte de jonction dans la partie courant continu…).

 

 

PRODUITS

Easy Roof Evolution par IRFTS

Le lyonnais IRFTS est développeur de la solution de montage sur toitures en pente Easy Roof Evolution. Son intérêt est de rassembler tous les éléments essentiels (abergements latéraux, fixation par bride à vis inox, profils avec passages de câbles…) et d’assurer un emboîtement des éléments sans découpe ou joint… Il propose aussi des structures de montages d’équipements solaires qui acceptent l’intégration de fenêtre de toit Velux.

Base On par K2 Systems

K2 Systems propose depuis fin 2016 son application Base On de planification des toitures terrasses solaires photovoltaïques. Cet outil est adapté à ses propres gammes : la solution à lester S-Rock à inclinaison de 15°, Le S-Dome à 10° pour terrasses ou bacs profilés, et le D-Dome à 10° et double orientation. L’application exploite les données satellitaires avec Google Maps, permet de créer le plan du toit-terrasse avec la disposition des champs de capteurs, et propose une organisation de la mise en place du ballast.

V-Sys Flexi par Systovi

Cette version Flexi de l’offre de panneaux photovoltaïques V-SYS permet de réaliser des systèmes totalement intégrés dans des toitures recouvertes d’ardoises ou de tuiles très galbées. Le système de montage autorise un placement horizontal ou vertical des capteurs, ainsi que des habillages autour des fenêtres de toit ou des chiens-assis. Ce système est réalisable avec des panneaux de 250 Wc (54 cellules monocristallines) ou 275 Wc (60 cellules) ; son rendement annoncé est de 16,6 %. Il est adapté aux toitures en pentes de 15 à 60 °.

Luxol 101 par Luxol

Les tuiles Luxol 101 permettent de composer une solution totalement intégrée. Ces éléments indépendants de 455 mm de longueur et de 310 mm de largeur présentent un pureau variable de 350 à 370 mm. La partie active mesure 322 x 205 mm, soit une puissance de 9,2 Wc (d’un rendement de 17 %) et une tension à la puissance maximale de 4,98 V. Il est possible de les associer aux tuiles de terre cuite de même caractéristiques dimensionnelles. L’offre de cet industriel savoyard est rassemblée dans trois kits : pour la revente, pour l’autoconsommation et pour répondre à la RT 2012.

S79 Sol par Aleo Solar

Ce fournisseur allemand jour la carte de la garantie de rendement à 25 ans avec ce capteur S79 Sol à 60 cellules monocristallines. Il est proposé en trois versions de puissance nominale : 290, 295 et 300 Wc, pour des rendements respectifs de 16,8 %, 17 % et 17,3 %. Le fabricant garantit une baisse linéaire de performance de moins de 20 % sur 25 ans. Son gabarit est de 1704 mm de longueur, 1016 mm de largeur et de 36 mm d’épaisseur.

Hybrid'kit par Imerys Toiture

Ce kit de dix tuiles « 2 en 1 » proposé par Imerys Toiture permet de fournir de l’électricité à injecter sur le réseau et la chaleur pour alimenter un ballon héliothermique de 200 l. Le capteur thermique alimente l’échangeur du ballon ; son appoint de chaleur est assuré par une pompe à chaleur air/eau. Le coefficient de performance annuel moyen de l’installation est de 3,6. L’énergie produite par les cellules photovoltaïques, d’une puissance maximale de 750 kWh, est traitée par micro-onduleur avant injection sur le réseau électrique.

Roof-solar Bitume par Meple

Le fournisseur de systèmes d’étanchéité Meple et le concepteur de solutions d’intégration simplifiée Dome Solar proposent cette solution d’intégration photovoltaïque à fixer par thermo-soudure sur le revêtement bitumineux à l’aide de bandes de maintien. Destinée aux bâtiments avec une toiture d’une inclinaison de moins de 5 % en zones de vent 1 à 4 et jusqu’à 900 m d’altitude, elle se compose de rails aluminium maintenus par fixation alu/inox. Cette solution bénéficie d’un Pass’Innovation du CSTB.



Source : batirama.com / Bernard Reinteau

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