Les éléments photovoltaïques se trouvent généralement sur les toits, après tout, c'est là que le rayonnement solaire est le plus élevé. Cependant, comme l'ont découvert des chercheurs du Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP, Les éléments PV sur les façades peuvent être un moyen utile de compléter l'alimentation électrique. S'il est conçu de manière appropriée, ils peuvent être intégrés de manière attrayante et fournir 50 % d'énergie en plus que les types existants d'éléments photovoltaïques muraux. Même les murs en béton conviennent.

Les éléments photovoltaïques ont leur place sur le toit - après tout, c'est là qu'ils reçoivent le plus de soleil. Mais ce n'est qu'en partie vrai :il est judicieux d'installer en plus des éléments photovoltaïques sur les façades. Pour une chose, ils utilisent un espace autrement inutilisé, et pour un autre, l'énergie qu'ils recueillent peut compléter utilement l'alimentation électrique. Actuellement, cependant, on profite peu de cette opportunité, comme le soleil éclaire généralement les façades sous un angle défavorable, et les éléments eux-mêmes ont tendance à ne pas être esthétiquement attrayants.

Façades attrayantes avec flair

Dans leur projet SOLAR.shell, des chercheurs du Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP à Halle ont montré – avec des architectes de l'Université des sciences appliquées de Leipzig (HTWK Leipzig) – qu'il s'agissait de tout sauf d'une rupture d'accord. Ils ont présenté une façade solaire qui remédie à ces problèmes. « Les éléments photovoltaïques intégrés dans cette façade fournissent jusqu'à 50 % d'énergie solaire en plus que les modules montés perpendiculairement sur les murs du bâtiment, " dit Sébastien Schindler, chef de projet chez Fraunhofer CSP. « De plus, la façade offre un attrait visuel. Les architectes de HTWK ont développé l'idée et les conceptions. Comment les éléments photovoltaïques individuels doivent-ils être inclinés afin de capter le plus de rayonnement solaire possible ? Quelle doit être la taille des modules, et combien de cellules solaires devraient-ils idéalement inclure ? Les découvertes de l'équipe ont été présentées dans un démonstrateur de 2x3 mètres composé de panneaux composites en aluminium comportant un total de neuf modules solaires intégrés. Les experts Fraunhofer ont offert leur expérience, conseils et assistance, et les éléments photovoltaïques utilisés dans le démonstrateur provenaient également de Fraunhofer CSP.

Modules solaires sur façades en béton

En collaboration avec HTWK Leipzig et TU Dresden, les chercheurs du Fraunhofer CSP ont également développé des options adaptées pour intégrer des éléments photovoltaïques dans les façades en béton, plus précisément dans les façades en béton de carbone, un matériau développé par un consortium de plus de 150 partenaires dans le projet « C3 – Carbon Concrete Composite ». La stabilité requise du béton provient des fibres de carbone plutôt que des fils d'acier. « Chez Fraunhofer CSP, nous avons analysé comment les éléments photovoltaïques peuvent être montés au mieux sur ce type de façades en béton de carbone, c'est-à-dire comment obtenir le résultat optimal en associant ce nouveau béton à la production d'énergie solaire, " explique Schindler. A cet effet, les chercheurs ont conçu trois concepts et méthodes différents pour intégrer les éléments PV dans les sections de façade. Les modules solaires peuvent être inclus directement lors de la coulée des sections de béton ou être stratifiés ou collés sur les dalles de béton. Les modules peuvent également être fixés aux dalles de béton à l'aide de goujons de fixation, raccords à vis ou autres moyens, facilitant le retrait facile pour l'entretien ou les réparations. « Nous avons pu démontrer que les trois options de montage sont techniquement réalisables, " dit Schindler.

L'un des principaux défis consiste à s'assurer que la méthode utilisée pour produire les sections en béton est compatible avec la précision dimensionnelle requise des modules PV. C'est fait, par exemple, en coulant les pièces en béton avec une dépression parfaitement dimensionnée pour accueillir un module. De cette façon, l'orientation souhaitée par rapport à l'irradiation solaire et la conception globale sont préservées. « La précision dimensionnelle doit être mise en œuvre directement dans la section en béton, " précise Schindler. Il faut également veiller à ce que les modules PV ne soient pas fixés là où le béton est particulièrement fin ou là où se trouvent les fibres de carbone, car cela nuirait à la résistance des éléments de façade. Le projet a depuis été mené à bien.

SOLARcon :façades béton 2.0

Dans le projet de suivi SOLARcon, également en collaboration avec HTWK Leipzig et TU Dresden, ainsi que deux entreprises partenaires, et lancé en novembre 2019 - les experts de Fraunhofer établissent maintenant des solutions commercialisables pour l'intégration de modules photovoltaïques dans des dalles de béton préfabriquées. Le montage de la cellule solaire tiendra-t-il en permanence ? Pour répondre à cette question, les chercheurs de Fraunhofer effectuent des tests d'endurance appropriés à la fois sur les composants photovoltaïques et l'interface avec le béton. Comment l'interface se comporte-t-elle dans diverses conditions météorologiques ? Que montrent les tests de vieillissement accéléré ? En plus de l'approche expérimentale, des simulations sont également à l'ordre du jour, plus précisément, méthodes des éléments finis. Ceux-ci permettent aux experts de calculer, par exemple, comment le béton et le point de fixation de l'élément PV s'échauffent à haute température, ou quelles charges de vent et de pression le module solaire doit supporter.