Les bâtiments consomment environ un tiers de l'énergie mondiale et sont responsables de 40 % des émissions de gaz à effet de serre. La réduction des émissions de carbone et l'utilisation d'énergies propres renouvelables dans les bâtiments sont essentielles pour atteindre les objectifs de neutralité carbone pour l'ensemble de la société.

L'intégration de panneaux solaires dans les bâtiments est l'un des moyens les plus prometteurs de réduire les émissions de carbone et de soutenir un avenir durable.

Les façades doivent être utilisées pour l'intégration des panneaux solaires

Dans le passé, la plupart des panneaux solaires (photovoltaïques) pour les bâtiments étaient installés sur les toits, mais les surfaces de toit peuvent être limitées. Les façades des bâtiments offrent beaucoup plus de surface et pourraient être utilisées pour cette application.

Des recherches antérieures ont montré que le photovoltaïque intégré à la façade (FIPV) est une solution émergente et essentielle pour la récupération de l'énergie solaire. En Norvège, où le soleil est généralement bas, les façades des bâtiments ont un potentiel particulier pour l'application de panneaux solaires.

Défis esthétiques

Cependant, l'aspect esthétique des panneaux solaires peut être difficile. Les couleurs noir ou bleu foncé des panneaux solaires ordinaires ne sont pas idéales pour les façades de bâtiments, et les architectes sont tout à fait opposés à l'utilisation de couleurs ennuyeuses pour leurs conceptions.

De plus, la Norvège regorge de maisons colorées, dont beaucoup ont des centaines d'années. Les couleurs des bâtiments traditionnels sont attrayantes pour les touristes et présentent un beau "sens du lieu" des résidents locaux.

Il est difficile d'imaginer que les architectes ou les propriétaires accepteraient des panneaux solaires si cela signifiait que toutes les maisons devaient être de couleur noire ou foncée.

Méthode de conception par pixellisation

Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche (Changying Xiang et la professeure Barbara Szybinska Matusiak) du Light and Color Center de NTNU a proposé une nouvelle méthode pour équiper les façades des bâtiments de panneaux solaires colorés afin de produire de l'énergie avec une bonne efficacité.

Comme les images en mosaïque ou les œuvres d'art "néo-impressionnistes", la méthode de pixellisation peut combiner différents panneaux solaires colorés sur la même façade, avec une transition de couleur douce dans l'ordre. De cette façon, des panneaux solaires de couleur claire (généralement avec une productivité énergétique inférieure) et des panneaux solaires de couleur sombre (généralement avec une bonne productivité énergétique) dans des teintes identiques ou similaires peuvent être combinés, produisant une productivité énergétique acceptable pour une façade globale.

L'étude montre que les façades solaires colorées pixélisées peuvent produire jusqu'à 85 % à 93 % d'énergie par rapport à une façade solaire totalement noire.

Plus important encore, la méthode de pixellisation peut adopter une palette de couleurs locale, qui est une collection de couleurs typiques dans un contexte local.

Par exemple, l'image ci-dessous montre des couleurs typiques de la ville de Trondheim. Les architectes peuvent demander aux entreprises photovoltaïques de produire la couleur exacte correspondant aux façades des bâtiments existants pour les panneaux solaires. De cette manière, l'utilisation de la pixellisation peut respecter les conceptions traditionnelles tout en contribuant à la "sensation d'espace" colorée des espaces urbains précieux.

Performances esthétiques satisfaisantes

Les performances esthétiques des conceptions de pixellisation proposées ont été testées dans le cadre d'une enquête internationale en ligne auprès de plus de 300 participants d'horizons différents venant de Norvège, du Danemark, de Chine, de Pologne, des Pays-Bas, d'Italie, d'Australie, des États-Unis, du Japon et du Brésil.

L'enquête montre que les conceptions avec la méthode de pixellisation sont préférées par la majorité, et elles sont perçues comme étant plus agréables que les conceptions de couleurs ordinaires non pixélisées. De plus, la plupart des participants estimaient que les motifs aux couleurs locales étaient appropriés dans un contexte urbain.

Good energy productivity

Another case study in Trondheim was also conducted, where the pixelization method was used in small are with three high-rise residential apartments.

A colorful renovation design for the high-rise apartment was created, where the energy productivity of the colorful solar façade would be around 80% of a black solar façade. The electricity produced by the colorful solar façade can cover around 26% of the total household energy consumption for these residences.

This research provides novel solutions and design references for applying colored photovoltaics in urban contexts on large scales. The researchers believe that façade-integrated photovoltaics will provide a useful approach to tackle climate changes and achieving a carbon-neutral society. + Explorer plus loin

Colorful solar panels could make the technology more attractive