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Parler verre à cellules photovoltaïques intégrées, c’est encore trop souvent penser à des vitrages de couleur sombre. Aujourd’hui, les architectes et concepteurs peuvent laisser libre cours à leur liberté de créer en raison de l’existence de solutions donnant un large éventail chromatique au verre producteur d’énergie. Les façades d’aujourd’hui, dites « actives », offrent d’avantage de choix alliant esthétisme et performances techniques.

Le vitrage BIPV White Pearl d’AGC, utilisé dans le projet montré ci-dessous, au bord de l’eau dans un environnement naturel plaisant, habille dans cet exemple un bâtiment de forme simple et conventionnelle. Dans le projet illustré, le blanc a été mis en valeur en combinant le verre blanc SunEwat Colour glass avec des vitrages isolants dépolis translucides et d’autres en verre transparent. L’accent a été mis délibérément sur cette couleur brillante et blanche pour contredire l’idée des coloris sombres que l’on associe habituellement au verre photovoltaïque. La façade combine trois produits allant du blanc pur au blanc translucide – du Lacobel blanc pur, avec son effet miroir, un verre dépoli finement, créant un jeu d’ombre et de transparence, et un vitrage totalement blanc pour les murs intérieurs –, lui donnant un effet de profondeur unique en son genre. La nuit, l’effet s’inverse grâce à un rétro-éclairage.

Dans cette approche, nous avons délibérément opté pour la luminosité et la légèreté, voulant tordre le cou à cette idée qui veut que verre actif égale coloris sombres. Le verre actif peut s’utiliser partout, dans toutes les dimensions et dans toutes les couleurs. Nous pourrons l’intégrer de façon harmonieuse dans tous nos projets futurs, sans être limités par des choix de couleur trop restreints, voire étriqués. Il faut s’en persuader : quel que soit son coloris, le verre peut absorber la lumière du soleil – il est vrai de façon plus efficace ou plus élégante dans certains cas que dans d’autres. Pour le reste, tout est affaire de sensibilité et de créativité de la part de l’architecte.

Quelle que soit la raison de votre intérêt pour l’utilisation de solutions photovoltaïques (PV) – considérations de coût, recherche de performances environnementales et/ou souhait de certifications écologiques telles que LEED et BREEAM –, une étude solaireapprofondie vous permettra de calculer de façon précise le retour sur investissement et de répondre aux spécifications du projet en matière de consommation énergétique.

Le verre solaire BIPV sur les surfaces verticales

Contrairement aux entrepôts et autres bâtiments industriels, dont les toits plats se prêtent bien à l’installation de panneaux solaires, les immeubles-tours en milieu urbain ont peu de surfaces horizontales – il faut dans ce cas exploiter au mieux les surfaces verticales en envisageant des solutions à verre solaire BIPV, en particulier pour les allèges. À partir d’un modèle du bâtiment et de son environnement, l’étude solaire examine l’exposition de l’immeuble au soleil tout au long de l’année, en tenant compte de l’effet négatif des ombrages dus aux éléments extérieurs (tours environnantes, objets, végétation, etc.), mais aussi de l’impact positif des réflexions lumineuses alentour (créées par exemple par d’autres surfaces vitrées). Pour chaque façade ainsi que le toit, l’étude détermine la puissance potentielle à installer en kWp et la production d’électricité attendue en kWh. Combiné au coût de l’installation, ce ratio kWh/kWp est un outil précieux pour prendre des décisions économiques éclairées. AGC Glass Europe peut vous assister dans les phases préparatoires de l’étude solaire, passant ensuite le relais à ses partenaires spécialisés tels que Sunsoak Design, dont les ingénieurs réaliseront un travail d’étude approfondi afin d’établir un bilan solaire complet.

Le verre photovoltaïque pour les éléments de vision des immeubles

Les modules de verre photovoltaïque utilisés dans les allèges sont des éléments opaques munis de cellules solaires dissimulées. Vous chercherez peut-être aussi à vérifier l’utilité éventuelle de modules transparents à cellules PV incorporées mais visibles. Ceux-ci conviennent aussi aux éléments de vision des constructions : fenêtres, verrières, auvents, car-ports, etc. Les dimensions des modules et la configuration des cellules solaires peuvent être adaptées aux besoins spécifiques de chaque projet.

Puisqu’une des fonctions principales des fenêtres est de faire entrer la lumière et de donner aux occupants une vue sur le monde extérieur, remplacer les vitres ordinaires par du verre solaire peut ne pas être la meilleure option dans tous les cas. Par ailleurs, accroître la transparence des fenêtres en réduisant le nombre de cellules PV du module solaire peut nuire à la rentabilité de l’ensemble. Il s’agira donc dans ce cas de se livrer à un exercice délicat de recherche d’un équilibre optimal entre confort et rentabilité. En revanche, dans d’autres parties de la construction (un patio ou une cour couverte par exemple), où une lumière naturelle trop abondante peut être source d’une chaleur excessive, le verre solaire BIPV, en réduisant la transparence des verrières, peut permettre des économies sur les coûts de climatisation tout en produisant de l’électricité.

Quoi qu’il en soit, utilisé dans les allèges ou dans les éléments de vision des constructions, le verre solaire BIPV offre bien souvent un potentiel économique et environnemental positif significatif.

1. Building-integrated photovoltaics : produits verriers à cellules photovoltaïques intégrées au bâti.

Le pouvoir « fée électricité » du verre BIPV s’explique par la présence de cellules photovoltaïques placées entre deux feuilles de verre trempés thermiquement pour donner un verre producteur d’énergie – à ne pas confondre avec les panneaux photovoltaïques conventionnels placés sur les toits.

Le verre BIPV, un ensemble de solutions productrices d’énergie renouvelable totalement personnalisables

Les solutions BIPV conviennent autant aux parties vision qu’aux parties opaques de la façade des immeubles. Dans les sections vision, les modules solaires assurent une transparence complète, incorporant des cellules photovoltaïques dont la taille et la configuration peut être choisie en fonction des nécessités du projet architectural. Ces modules s’utilisent généralement dans les toitures, les éléments d’ombrage, les verrières, les couvertures d’abris de voitures et d’autres constructions similaires. Les modules destinés aux sections opaques des façades sont non transparents, dissimulant les cellules photovoltaïques tout en laissant passer le rayonnement solaire pour la production d’électricité. Certains de ces produits peuvent être réalisés dans un choix pratiquement infini de motifs et de coloris. Destinés à la réalisation d’allèges et de revêtements de façade, ils offrent l’avantage d’exploiter les surfaces verticales pour la production d’énergie. Dans les immeubles de grande taille, ces éléments opaques peuvent représenter près de 30 % de la surface totale en façade.

Tant pour les constructions nouvelles que pour les projets de rénovation, il existe des solutions BIPV garantes à la fois d’efficacité énergétique et d’une esthétique attractive, pouvant être mises en œuvre harmonieusement dans les façades des immeubles. Grâce à sa gamme SunEwat de solutions productrices d’énergie, AGC Glass Europe est actuellement le seul fabricant à offrir un ensemble complet de produits verriers de vision et opaques à cellules photovoltaïques intégrées.

Le verre BIPV, garant d’un retour économique et environnemental significatif

Outre la production d’électricité, le verre solaire procure également un confort thermique et acoustique optimal aux occupants. La période de retour sur investissement d’une solution BIPV à rendement modéré se situe entre 6,5 et 10 ans, en fonction de la transparence requise pour le projet1.

De plus, le verre BIPV se caractérise par une performance environnementale et des taux d’efficacité voisins des normes de consommation d’énergie quasi nulle pour les bâtiments (NZEB – nearly zero-energy building), contribuant ainsi à l’obtention de certifications de construction verte telles que BREEAM et LEED. À cela s’ajoute que les solutions verrières BIPV sont aujourd’hui pour le secteur de la construction un facteur essentiel pour l’atteinte des objectifs du Green Deal européen. Le Pacte vert européen impose la neutralité carbone à l’horizon 2050, mais avec un jalon intermédiaire : le secteur doit viser une réduction de 55 % des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030 (par référence aux niveaux de 1990). Ce défi redoutable est d’autant plus important pour le secteur de la construction, qui représente 36 % des émissions totales de l’UE. Une des façons d’y arriver consiste à tirer parti des solutions façadières productrices d’électricité, de plus en plus efficaces, financièrement accessibles et esthétiques.

1. Selon sa transparence, le rendement estimé du vitrage BIPV se situe entre 0,120 et 0,180 kWp/m2. Sur la base d’un calcul réalisé sur une façade orientée sud-est à Bruxelles et ayant un rendement modéré, la production obtenue est de l’ordre de 650 kWh/kWp/an. Sur une année, la façade permet ainsi de produire entre 78 et 117 kWh (= 0,120 ou 0,180 x 650). À un prix de l’électricité de 0,20 €/kWh (moyenne européenne sur le premier semestre de 2021), le résultat financier peut ainsi être estimé entre 15,6 €/m² et 23,4 €/m². Comme le surcoût d’un vitrage BIPV par rapport à un vitrage ordinaire est d’environ 150 €/m2, la période de retour sur investissement se situe entre 6,5 et 10 ans.

Intégration de cellules photovoltaïques dans des façades double peau pour les immeubles de l’avenir
Un concept architectural faisant appel à la technologie photovoltaïque pour les locaux commerciaux

Les architectes à l’origine de cette création-concept ont voulu se concentrer sur l’immeuble commercial, un segment qui n’a pas encore totalement épousé les ambitions du Green Deal européen et où les comportements n’ont pas encore connu de changement fondamental : trop souvent, le commerce de détail considère toujours qu’il est essentiel d’attirer les clients grâce à des portes toujours ouvertes et des rideaux d’air chauffés en permanence.

Devant le constat que le vitrage solaire architectural (faisant appel au photovoltaïque intégré au bâtiment – PVIB) reste très peu utilisé dans les immeubles commerciaux, cette création-concept incorpore un élément de façade conçu de façon spécifique pour un usage dans le commerce de détail. Cet élément de vitrage solaire actif combine la transparence totale permise par le dernier état technique du photovoltaïque et un film métallique doré, procurant ainsi une solution idéale pour les boutiques et magasins de luxe de demain.

De cette manière, les commerces pourront profiter à la fois de l’électricité produite par le vitrage actif et de la protection contre les chaleurs excessives assurée par la façade double peau. Le coût de l’investissement se trouve réduit par la mise en œuvre d’un module de vitrage unique pour l’ensemble de la façade, voire dans plusieurs projets de même type. Ce vitrage peut d’ailleurs se commander en grandes quantités, avec une réserve de modules de rechange.

En regardant cette réalisation de plus près, on y distingue plusieurs couches dont la première, sur la face extérieure, est constituée du verre lui-même. Une deuxième couche se compose des bandes formées par les cellules photovoltaïques, tandis qu’une troisième couche est un frittage d’un blanc éclatant, spécialement conçu pour ne pas gêner la production d’énergie solaire. Derrière les modules de vitrage multi-couches, on entrevoit l’ossature métallique du bâtiment, dont les détails s’estompent ou se dessinent plus clairement selon que le ciel s’éclaircit ou se voile à mesure que la journée avance et au fil des saisons.

Sur l’avant de la façade, un panneau de verre blanc incrusté de LED figure le logo de la marque selon une esthétique post-COP 21 qui reflète tout ce que le luxe peut représenter dans un tel écrin de verre réalisé sur mesure.

Parlant au nom d’un mouvement de fond rassemblant plus de 200 partenaires de la filière BIPV en Europe – allant du monde universitaire aux PME –, ISSOL et AGC Glass Europe ont remis au Commissaire Simson un lettre appelant à une plus grande reconnaissance et une meilleure prise en compte du BIPV dans les politiques de l’Union.

Saviez-vous que si l’on équipait de dispositifs BIPV tous les ombrages extérieurs du bâtiment de la Commission, le Berlaymont à Bruxelles, on pourrait produire jusqu’à 3,09 GWh par an, soit l’équivalent de la consommation électrique annuelle de près de 800 ménages ? Aux prix actuels de l’électricité, il en résulterait un retour de 3 223 240 € sur 10 ans, largement supérieur à l’investissement initial.

De plus, le BIPV ouvre la voie à une multitude d’applications innovantes intégrant des cellules photovoltaïques aux matériaux de construction, et contribuant toutes à transformer l’ensemble des bâtiments de l’Union en autant d’unités de production d’énergie. Pour concrétiser les objectifs de la Vague de rénovations – rénovation de 35 millions de bâtiments d’ici 2030, création de 160 000 nouveaux emplois verts dans le secteur de la construction, baisse de 60 % des émissions de gaz à effet de serre des bâtiments, réduction de la consommation énergétique du bâtiment –, il est essentiel de poursuivre un déploiement massif d’applications solaires diverses, dont le BIPV, sur les toits mais aussi sur les façades des immeubles.

« Pour atteindre les objectifs européens en matière d’efficacité énergétique des bâtiments et assurer la croissance des énergies renouvelables dans le mix, il est impératif d’étendre l’utilisation du photovoltaïque autant que possible, et pas seulement sur les toits. Il nous faut considérer l’ensemble du bâtiment et toutes ses parties exploitables : c’est là que le BIPV en tant que technologie façadière peut prouver son utilité. »
NIELS SCHREUDER, RESPONSABLE AFFAIRES PUBLIQUES ET COMMUNICATION DU LEADER EN VERRE PLAT AGC GLASS EUROPE

Le BIPV peut être incorporé aux façades des bâtiments existants dans le cadre de rénovations non intrusives et esthétiques. Ce genre de projets sera créateur d’emplois locaux, verts et européens, bien plus que ne pourraient le faire les produits photovoltaïques standards. Prête à apporter sa contribution à la transition, la filière du BIPV en Europe appelle l’Union à reconnaître l’intérêt du BIPV et à le prendre en compte comme un ensemble de solutions immédiatement opérationnelles dans les politiques UE et dans les prochaines révisions des directives européennes touchant à l’énergie.

« Le BIPV offre un potentiel énorme. Il peut venir en remplacement de nombreux matériaux de construction conventionnels et s’installer dans de multiples contextes, même dans des bâtiments protégés de grande valeur patrimoniale. Le recours à des matériaux de construction à BIPV dans les bâtiments rénovés ou nouvellement construits dans l’Union européenne peut à lui seul éviter une quantité d’émissions allant jusqu’à 7 millions de tonnes de CO2 tous les ans. »
OLIVIER DEMEIJER, DIRECTEUR GÉNÉRAL D’ISSOL, UNE ENTREPRISE BELGE SPÉCIALISÉE DANS LE BIPV

Pendant l’entretien, le Commissaire Simson a pris le temps d’examiner les exemples d’applications BIPV montrés dans la salle d’exposition mobile de l’AGC Glass Shuttle, tout en discutant de l’importance de la transition énergétique, de celle de la transformation de l’environnement bâti et du rôle de premier plan que le BIPV peut jouer dans cette évolution.

« Nous avons besoin de solutions innovantes telles que le BIPV. Pour atteindre les objectifs du Pacte vert européen, il importe que nos politiques tiennent compte de toute la panoplie des technologies solaires. »
LE COMMISSAIRE EUROPÉEN À L’ÉNERGIE KADRI SIMSON

Compétitivité industrielle gagnante

SunEwat est notre gamme de vitrages BIPV qui intègre des cellules photovoltaïques (PV) et produit donc de l’électricité. «AGC Glass Europe commercialise le SunEwat depuis près de dix ans», retrace Daphné Stassen, chef de projet à l’AGC Technovation Center. «Notre modèle de fabrication en interne ne résistait toutefois pas, de par sa nature très manuelle, aux contraintes de compétitivité».

AGC a dès lors établi des partenariats avec des entreprises spécialisées dans la fabrication de modules PV qui produisent du SunEwat en exclusivité pour ses besoins. Situation gagnant-gagnant selon Bassel Glore, directeur commercial d’Active Glass. «Ces partenaires disposent de lignes de production de masse automatisées, de l’expertise et de la qualification nécessaires. De notre côté, nous apportons la force commerciale, la connaissance du monde du verre et du bâtiment.» Désormais, AGC peut ainsi proposer des solutions SunEwat qui, en plus de contribuer à atteindre le ZEB (Zero Energy Building), peuvent être rentabilisées (payback) en moins de 10 ans. Plutôt une nouveauté dans le monde du BIPV, «terme auquel nous préférons aujourd’hui le concept de ‘façade générant de l’énergie’».

Gamme transparente et opaque

En phase avec les tendances actuelles du marché, la gamme SunEwat a été profondément dynamisée avec le lancement de deux lignes: l’une transparente et l’autre opaque.

«En plus du SunEwat existant, composé de cellules PV carrées et rebaptisé Square, la gamme transparente comporte désormais aussi le SunEwat Stripe, dont les cellules forment de fines bandes horizontales, offrant une meilleure transparence et une esthétique plus aboutie» explique Bassel. Ces vitrages peuvent occuper toutes les parties ‘vision’ du bâtiment et se placent généralement sur les toits, les louvres, les canopées, les carports,… La gamme opaque inédite permet par contre d’exploiter, pour la production d’électricité, le reste de la surface verticale des bâtiments puisqu’elle se destine aux allèges et bardages.

Elle se décline en trois produits qui, tous, masquent les cellules tout en laissant passer les rayons solaires. «L’art en la matière est de réduire au maximum la déperdition de lumière venant impacter les cellules PV», précise Daphné.

Artlite Active est un vitrage feuilleté intégrant, devant les cellules PV, un film préimprimé qui peut représenter une infinité de motifs sans limites de couleurs. Lacobel T Active, à lancer prochainement, occulte les cellules par une couche de peinture. Son rendement dépend du choix de la couleur. Enfin, Stopray Active intègre un coating aux mêmes propriétés optiques (réflexion, teinte) que les vitrages Stopray classiques, tout en permettant une optimisation de la transmission de lumière (énergie).

Une solution SunEwat pleinement exploitée sur un bâtiment couvre à peu près 50% de sa consommation énergétique.

Développement orienté marché

L’ensemble de ces développements résulte des compétences en électronique et en traitement de surface (peinture, coating) disponible à l’AGC Technovation Centre. «En tant que chercheuse, mon rôle consiste, avec l’aide de mes collègues des départements internes concernés, à trouver des solutions aux besoins des clients que nous rapportent nos responsables marketing», explique Daphné. «En veillant à ce que ces solutions soient réalisables, industrialisables à coûts raisonnables et durables».

Grâce à ces produits exclusifs brevetés, AGC est aujourd’hui le seul grand verrier à proposer une solution complète, en verres vision et d’allèges, pour façade générant de l’énergie. «Ce résultat, nous l’avons obtenu en étant à l’écoute du marché et en adaptant notre offre à la demande avec la R&D».