Estimation de la puissance

Dès lors qu’une opération de rénovation ou de construction neuve inclut un système photovoltaïque, il est utile de définir rapidement la puissance attendue, pouvant découler de la surface disponible, de la quantité d’énergie que le maître d’ouvrage souhaite produire ou de sa capacité d’investissement.

Pour une même mise en œuvre, la densité de puissance de l’installation varie selon le rendement des modules choisis.

Puissance surfacique en fonction de la technologie utilisée pour des modules de 250 à 320 Wc (Source HESPUL)

La surface de toiture dégagée représente la surface d'implantation des modules, hors encombrement particulier, cheminements ou ombrages autres que ceux d'une rangée de modules sur l'autre.

Les différentes types d'intégration au bâti

L’intégré au bâti fait référence aux systèmes photovoltaïques venant se substituer aux éléments vitrés ou opaques de l’enveloppe du bâtiment que sont la toiture et les façades ayant des fonctions d’étanchéité et de résistance aux charges mécaniques. Cette intégration fonctionnelle peut s’accompagner d’une intégration architecturale faisant appel à des notions d’esthétique (planéité, uniformité de teinte…) et se déclinant sous de multiples formes (toitures complètes, parements de façades, verrières, mur-rideaux, garde-corps…).

En France, l’intégration au bâti a fait partie de la politique d’incitation mise en place en France sur la dernière décennie, puis a été progressivement abandonnée pour aboutir, depuis le 1er octobre 2018, à un même niveau de rémunération de l’électricité photovoltaïque produite à partir d’un système BIPV ou BAPV en ce qui concerne l’obligation d’achat. Les projets entrant dans la catégorie des appels d’offres de la CRÉ n’impliquent pas le recours à l’intégration au bâti, sauf pour justifier d’une innovation technique dans le cas de l’appel d’offres Innovation.

Un bâtiment pourra accueillir différentes typologies de systèmes photovoltaïques, généralement divisées en deux catégories désignées sous les acronymes :

• BIPV pour Building-Integrated Photovoltaics, dans lequel les installations photovoltaïques intégrées au bâti se substituent à des éléments de construction,
• BAPV pour Building-Applied Photovoltaics, qui fait référence aux systèmes photovoltaïques rapportés sur bâtiment à la manière d’équipements techniques et qui n’ont pas de double fonction. 

Plus d’informations techniques sur le BIPV sont disponibles dans les publications du groupe d’experts internationaux de la tâche 15 du programme sur les systèmes photovoltaïques de l’Agence Internationale de l’Énergie. En langue française, vous pouvez aussi vous reporter au site internet du SUPSI qui propose une base de données des produits intégrés.

La règlementation et les règles de l’art à respecter pour la mise en œuvre de tels systèmes sont détaillées dans la section « Réaliser son Installation ».

Ouvrages de référence sur le BIPV

• Prasad, D., Snow, M. : Designing with Solar Power : A Source Book for Building Integrated Photovoltaics (BIPV), Earthscan, London 2005, ISBN 1-844071-47-2.
• Sun and architecture, Examples and design guidelines for architects, October 2000, Novem 2ZNTh 00.08
• Building Integrated Photovoltaics : a handbook by Simon Roberts, Nicolo Guariento, Springer, 2009
• Eiffert, P., Kiss, G.J. : Building-Integrated Photovoltaic ; Designs for Commercial and Institutional Structures - A Sourcebook for Architects, 2000

L’intégration du photovoltaïque au bâtiment requiert une attention particulière à l’ensemble des problématiques auxquelles le projet devra faire face. Ainsi, une partie de la complexité technique du projet découlera d’exigences réglementaires, programmatiques et administratives liées au bâtiment.

À quel moment prendre en compte le photovoltaïque ?

Dans la mesure où le photovoltaïque amène une fonctionnalité supplémentaire au bâtiment, la gestion globale de la toiture devient une nécessité en phase de conception.
La construction ou la rénovation de toiture du bâtiment représentent une opportunité pour réaliser une installation photovoltaïque, car elles permettent une préparation du support optimale.

Dans le cas du neuf, l’architecte pensera la volumétrie de son bâtiment dès l’esquisse en tenant compte de l’exposition solaire de ses toitures ou de ses façades. Sur des bâtiments complexes, cette question de l’exposition peut se révéler problématique si elle n’est pas traitée en amont. Lorsque les « surfaces captantes » ne sont identifiées que tardivement, elles prennent place sur les pans de toiture laissés libres, parfois mal orientés ou ombragés. Le Guide d'intégration du photovoltaïque dès la conception du bâtiment (Energie Partagée/Hespul/Centrales Villageoises - juin 2021) donne les éléments principaux à penser pour un bâtiment neuf solarisable.

• Pour maximiser la puissance de l'installation et privilégier un fonctionnement optimal, la dimension architecturale du système photovoltaïque, puisqu'elle concerne l'aspect extérieur du bâtiment, doit être prise en compte très tôt, au moment de la définition des volumes.

En rénovation, il s’agira d’identifier les surfaces dédiées au photovoltaïque parmi les toitures et parois présentes. La solution technique retenue devra s’accommoder de l’existant : l’expression architecturale y sera contrainte mais pourra se traduire par le développement de solutions innovantes.

• Comme en neuf, le photovoltaïque sur bâtiment s'envisage dès le démarrage du projet de rénovation, afin d'assurer un bon niveau d'ensoleillement à la future installation et d'anticiper les contraintes de mise en œuvre.

Le règlement d’urbanisme (PLU, POS ou carte communale)

Tout comme le bâtiment, l’installation photovoltaïque devra respecter les règles d’urbanisme (articles 10, 11 et 15 du règlement local) relatives :

• au gabarit-enveloppe et à la hauteur maximale des constructions,
• à l’aspect extérieur des ouvrages, en particulier si le bâtiment est situé dans une zone protégée (AVAP, périmètre de protection des monuments historiques, parc national…)
• aux obligations en matière de performance énergétique et environnementale.

Sur ces points-là, les collectivités en charge des documents d’urbanisme peuvent faciliter l’installation de systèmes photovoltaïques, d’une part en autorisant un dépassement du gabarit-enveloppe pour les équipements utilisant les énergies renouvelables, et d’autre part en étant attentives aux dispositions relatives aux zones protégées, afin de ne pas exclure la technologie photovoltaïque a priori.

Avoir un bâtiment compatible avec le photovoltaïque dès la conception coûte moins cher que de le modifier ultérieurement

L’équipement d’un bâtiment qui n’a pas été conçu pour accueillir du photovoltaïque entraîne généralement des frais conséquents de mise en conformité. La conception des bâtiments "PV ready" (prêt au solaire/ solarisable)  permet d’anticiper toute évolution future législative qui pourrait amener une obligation de solarisation (par exemple lors de travaux de rénovation) sans avoir à faire de modification structurelle importante et plus coûteuse à l’avenir.  Par exemple, le Loi Climat et Résilience d'août 2021 impose du photovoltaïque (ou la végétalisation de la toiture) pour toute rénovation lourde sur certains types de bâtiment d'une emprise au sol supérieure à 500m2. 

Une étude du bureau d’ingénierie Cardonnel, commandée par Enerplan, a évalué le surcoût à moins de 0,5% pour rendre prêt au solaire une construction neuve (logements individuels ou collectifs) pour tous types de bâtiments. Cette étude a calculé les coûts additionnels à la construction d'un bâtiment liés au fait que celui-ci soit prêt à être équipé de photovoltaïque en toiture. Les différents paramètres étudiés sont :

• le dimensionnement des structures qui doit permettre d’accueillir le poids des panneaux solaires,
• la couverture de la toiture qui doit être compatible (complexe d’étanchéité, bac acier, …),
• la mise en place de fourreaux pour le passage des câbles.

Selon d’autres estimations, le surcoût est compris entre 5 et 30€/m², ou entre 1 et 3% du prix du bâtiment (variable selon le type de bâtiment).

Conception technique du bâtiment et suivi du chantier

Le guide "Pour des bâtiments neufs “Solarisable”" contient des annexes au format word permettant l'insertion des clauses nécessaires dans le cahier des charges d'un bâtiment à construire.

Dans tous les cas, il est recommandé de contacter les fabricants de couvertures pressentis pour le bâtiment pour connaître leurs préconisations.

Lors de la conception

Les principales contraintes de conception du bâtiment à prendre en compte sont les suivantes :

• Orientation et inclinaison du toit du bâtiment : inclinaison entre 10° et 30° et orientation de Sud-Est à Sud-Ouest
• Structure compatible : supporter le surpoids au m², préconisation entraxe pannes, caractéristique bac acier / plots…
• Compatibilité avec les ombrages propres du bâtiment (acrotères, cheminées…) et encombrement de la toiture (évents, velux…)
• Compatibilité avec ombrages extérieurs au bâtiment (vérifier aussi le PLU pour voir si des évolutions pourraient modifier les ombrages, construction d’un immeuble, etc.)
• Dans le cas des toitures plates :
  • compatibilité du complexe d’étanchéité (isolant et membrane d’étanchéité) avec la fixation de panneaux (classe de compressibilité C et BROOFT3 par exemple)

L'ensemble de l'installation doit être considérée dans la conception/réalisation du bâtiment :

• Prévoir la position du local onduleur : fournir dimensions, localisation préférentielle et contraintes d’accès (accès même lorsque le bâtiment est fermé en cas de tiers investisseur)
• Prévoir le cheminement des câbles courant continu (DC) entre les panneaux et le local (en extérieur de préférence), et la pose des fourreaux en tranchées du local, jusqu’au coffret ENEDIS/compteurs
• Fournir les contraintes des interventions ultérieures sur la toiture PV (accès à la toiture, ligne de vie et/ou garde corps, accès à l’eau pour nettoyage/maintenance...)
• Fournir l’Avis Technique (ATec), ATex ou l'Enquête de Technique Nouvelle (ETN) du système de pose pressenti.
• Prendre en compte les aspects spécifiques demandés par la commission de sécurité s’il s'agit d'un ERP du 1er groupe :
• Prévoir l'emplacement  des arrêts d’urgence photovoltaïque (à proximité immédiate des autres arrêts d’urgence du site) si imposé par le site
• Prévoir le passage des câbles à l’extérieur du bâtiment

En phase travaux

Dans le cadre de la mise à disposition d'une toiture à un tiers lors des phases de construction du bâtiment il y a quelques points d'attention :

Dossier d'appel d'offre entreprise :

• vérifier avec l’hébergeur (propriétaire du bâtiment à construire) que les contraintes ont été prises en compte et bien définir les limites de prestations et des lots (exemple : couverture/étanchéité et photovoltaïque)

Au démarrage des travaux, le futur installateur photovoltaïque doit :

• Valider le planning des travaux de la construction avec l'intervention prévue pour la centrale
• Fournir au coordonnateur SPS les éléments règlementaires (PPSPS)
• Fournir les qualifications et attestations assurances responsabilité civil (RC) et décennale
• Faire faire un état des lieux contradictoire avant et après son intervention

Démarches administratives

Déclaration d'urbanisme

Le plus simple est d'intégrer la centrale photovoltaïque au Permis de Construire (PC) initial lorsque c'est possible.
Si le projet arrive après le dépôt du permis de construire, il y a 2 options :

• déposer un permis de construire (PC) modificatif (ce qui implique des frais d’architecte et des risques de délais)
• attendre la fin des travaux du bâtiment pour déposer une demande préalable de travaux (DP) comme dans la procédure “habituelle” (attention aux délais car la demande de raccordement ne pourra pas être faite avant la DP)

Dans le cas des ERP il faudra anticiper le délai de l’autorisation de travaux (AT) en plus de la déclaration préalable (DP).

En ce qui concerne la possibilité de faire des achèvements partiels : "La Daact (déclaration attestant l'achèvement et la conformité des travaux ) doit préciser si l'achèvement concerne la totalité des travaux ou une tranche des travaux selon un programme autorisé. Par exemple, en cas d'échelonnement des travaux dans le cadre de la construction de logements en l'état futur d'achèvement. À la fin de chaque tranche de travaux, une Daact est adressée à la mairie." (source : service-public.fr)

Demande de raccordement

Un raccordement en injection (centrale photovoltaïque) et soutirage (consommation du bâtiment) ne peut être simultané que si le consommateur et le producteur sont la même entité juridique.
Dans le cas contraire, la mutualisation des travaux de raccordement semble possible, mais pas systématique, en particulier parce qu’ils ne sont pas réalisés auprès des mêmes services ENEDIS. Pour favoriser cette mutualisation, il est recommandé de donner les références de la demande de raccordement en soutirage pour celle en injection, ou vice-versa, et d’être en relation avec ENEDIS le plus tôt possible (en même temps que le consommateur par exemple).