De la planche à dessin à la brique de parement
Des percées innovantes pour les matériaux de construction avec des panneaux solaires intégrés
Les systèmes photovoltaïques intégrés dans les briques de parement, les tuiles, les panneaux muraux ou d'autres matériaux de construction (Building-Integrated Photovoltaics ou BIPV) sont des éléments prometteurs de la transition vers un parc immobilier énergétiquement neutre. Dans le cadre du projet imec.icon BIPV4ALL, les entreprises AGC Mirodan, IPTE Factory Automation, Soltech, VdS Weaving et VK Architects + Engineers, ainsi que des chercheurs de l'imec/EnergyVille - et avec le soutien de VLAIO - ont travaillé sur les moyens de rendre le BIPV plus abordable et plus largement applicable.
Des éléments BIPV pour des situations et des conditions de construction uniques
Dans le cadre du projet, un flux de travail numérique a été mis en place pour permettre aux architectes de concevoir des panneaux personnalisés intégrés au bâtiment sur leur planche à dessin et de les envoyer quasi directement à une installation de production automatisée. Les matériaux de construction tels que les tuiles et les panneaux de façade intégrant des panneaux solaires deviendront essentiels pour atteindre des objectifs climatiques plus ambitieux.
Certains défis subsistent entre la théorie et la pratique, principalement dans le processus de conception et de production des éléments de construction. Ceux-ci doivent combiner une production d'énergie élevée avec un haut degré de flexibilité en termes de couleur et de forme. En outre, la rentabilité (et donc l'automatisation) est primordiale. Contrairement aux cellules et aux panneaux solaires hautement standardisés, les éléments BIPV doivent être conçus pour s'adapter à des situations et à des conditions de construction uniques. Cela nécessite une fabrication plus personnalisée, plus flexible et plus locale, ainsi qu'un flux de travail rationalisé entre les architectes, les fournisseurs de matériaux et les fabricants de BIPV.
Stefan Dewallef, Product Development Manager Soltech : "Avec la poursuite de la numérisation et des outils automatisés flexibles, y compris ceux de BIPV4ALL, les produits BIPV peuvent être fabriqués localement en Flandre avec une marge saine pour servir à la fois les marchés locaux et internationaux."
Trois chantiers pour percer dans le BIPV
Le projet BIPV4ALL a exploré un flux de travail numérique qui simplifie l'ensemble du processus de conception et de fabrication du BIPV. Ce flux de travail relie les différentes phases de la construction et les différentes parties prenantes : des architectes aux maîtres d'ouvrage, en passant par les ingénieurs et les fabricants de matériaux de construction personnalisés.
Une plateforme numérique fournit aux architectes, sur leur planche à dessin, les outils de simulation et d'optimisation de l'efficacité énergétique, puis génère automatiquement des dessins techniques. Ceux-ci, après avoir été examinés par les ingénieurs de Soltech, peuvent presque immédiatement être utilisés comme plans techniques de construction dans l'installation de production où les produits BIPV peuvent être fabriqués. De cette manière, les coûts de conception et d'assemblage sont réduits, les erreurs de construction diminuent et la faisabilité des projets BIPV s'améliore, car les architectes travaillent avec des formes "réalisables" dès le départ.
Maaike Berckmoes, directrice de Facade Engineering VK, qui fait partie de Sweco, explique : "En reliant numériquement les outils de conception pour le BIPV à la fabrication du module BIPV final spécifique au projet, nous créons un flux de travail automatisé qui améliore les capacités de conception architecturale du BIPV tout en optimisant les rendements énergétiques ainsi que les coûts d'installation. Cela offre davantage de possibilités de mettre en œuvre le BIPV dans les bâtiments tout au long du processus de conception (de l'étude de faisabilité à la mise en œuvre).
En outre, dans le cadre du projet, l'imec a étudié un concept innovant permettant d'améliorer les performances et l'efficacité dans des conditions d'ombrage partiel. En effet, une disposition flexible du BIPV pose également des défis techniques : l'impact de l'ombrage doit être pris en compte dans la conception, en réorganisant techniquement le panneau. De nouvelles technologies de teinte du verre ont également été étudiées, afin de remédier aux limites esthétiques des systèmes BIPV actuels et de faire en sorte que les matériaux BIPV se distinguent encore à peine des autres matériaux de construction.
Jonathan Govaerts (imec/EnergyVille) : "Grâce à ces recherches sur les améliorations esthétiques et techniques du BIPV, la technologie deviendra plus largement applicable et plus facile à modéliser (impact de la forme, de l'emplacement, de l'ombrage, etc. sur l'efficacité). Nous sommes heureux de rapprocher ces connaissances du marché".
Enfin, le projet a permis d'améliorer le processus de production des modules BIPV. L'automatisation offre des solutions aux principaux défis du processus de production actuel, à savoir les coûts élevés de la main-d'œuvre et la dépendance à l'égard des opérateurs. Les "outils d'assemblage" automatisés mis au point dans le cadre de ce projet relient les différentes cellules solaires entre elles, éliminant ainsi les soudures manuelles. Cela permet de raccourcir le temps de production, de réduire les coûts de production et d'augmenter la fiabilité. Les systèmes BIPV deviennent ainsi non seulement plus abordables, mais aussi plus attrayants pour les architectes et les propriétaires de bâtiments.
Diffusion ultérieure
La valorisation des résultats de ce projet bénéficie d'un soutien important de la part de EDIH-EBE (European Digital Innovation Hub - Energy in the Built Environment). EDIH-EBE soutient les entreprises (PME) dans leur accès aux technologies numériques par le biais de sessions "Meet-the-Expert", qui sont souvent gratuites. En outre, grâce à EDIH-EBE, les entreprises bénéficient d'un soutien pour la recherche d'investisseurs, l'internationalisation et la validation des technologies dans une infrastructure d'essai des partenaires d'EnergyVille (Test Before Invest).
En tant que centre de recherche indépendant, imec s'engage à utiliser son expertise pour présenter les faits relatifs à la technologie et à l'innovation de manière claire et objective, afin d'aider la société à les comprendre et à les placer.
