Les panneaux photovoltaïques Integra Max de Tenesol, sont installés, ici, en intégration d’une toiture en pente avec écran de sous-toiture. Une ventilation naturelle, en sous-face des modules, limite la condensation qui est récupérée par des collecteurs et évacuée. (Doc. Tenesol.)
Outre ses performances, le kit solaire dispose d’arguments tels que sa facilité à être assemblé et fixé de manière étanche et durable.
Ces dernières années, les installations productrices d’énergie solaire, thermiques ou photovoltaïques, se sont multipliées avec une mise en œuvre qui n’a pas toujours été sans défauts.
Afin de faciliter et fiabiliser la pose de ces minicentrales solaires, les constructeurs rivalisent d’ingéniosité pour proposer des kits prêts à l’emploi. Avec des différences.
Si la plupart des systèmes photovoltaïques sont intégrés dans le plan de la couverture, les installations thermiques le sont moins couramment. Le fabricant, parfois simple assembleur, fournit avec les panneaux vitrés les éléments adéquats de fixation (cadres, supports, visserie, étriers...), d’étanchéité (bavette, capote...), ainsi que les raccords connectiques pour les solutions photovoltaïques, raccords de tuyauterie et sondes de température en thermique.
L’offre s’est largement diversifiée ces dernières années. Car le terrain montre une grande variété de situations existantes, depuis les gigantesques terrasses couvrant les bâtiments logistiques, jusqu’aux toitures pentues des maisons individuelles. La gamme commerciale de produits s’est tout particulièrement étoffée en membranes photovoltaïques collées à plat sur l’étanchéité, ainsi qu’en tuiles posées en recouvrement.
Terrasse, attention aux vents
Les panneaux sont conçus pour résister aux conditions climatiques extérieures. En attendant le développement commercial des polymères, tel le film développé par 3M, les panneaux sont protégés par des verres durcis. Ils sont le plus souvent assemblés dans des bacs acier avec des cadres à profil métallique.
En solaire thermique, certains panneaux sont commercialisés dans des caissons bois ou avec un cadre bois. En toiture-terrasse, les panneaux fixés sur supports inclinés doivent tenir la prise au vent. Un risque qui s’amplifie avec la hauteur du bâtiment. Le support de fixation, ainsi que les autres accessoires (connectiques, raccords...) doivent être conçus avec des durées de vie comparables à celles des panneaux.
Les fabricants fournissent généralement un assemblage triangulaire de joncs en aluminium anodisé ou d’acier inox. Cette structure porteuse doit être solidement arrimée au travers de l’étanchéité, par exemple par cheville chimique, ou lestée avec des contrepoids en béton.
Si l’absence de pente des toitures-terrasses n’est pas favorable à la production d’énergie solaire, l’intégration des systèmes est néanmoins possible.
En neuf, la toiture-terrasse peut être construite avec une légère inclinaison pour accueillir les panneaux à plat. Certains modules ont été conçus pour des toits très peu inclinés, 4° seulement pour Auvers’tyle d’Auversun ou 5° pour Integra Max de Tenesol. Dans l’existant, la seule réponse intégrée en rénovation est fournie par la membrane photovoltaïque posée à plat et directement collée sur la nouvelle étanchéité. En effet, la pente de ces terrasses a été conçue pour le drainage et l’évacuation des eaux pluviales et ne dépasse pas 2°. Exploitable sur tout bâtiment existant, le rendement énergétique de la membrane est moindre. Elle offre divers avantages, dont la légèreté et la souplesse nécessaire pour s’adapter aux supports dont la planéité n’est pas parfaite.
Toitures en pente
Qu’elles soient couvertes de tuiles, d’ardoises ou de tôles acier, les toitures en pente peuvent recevoir des panneaux installés dans le plan de la couverture. Sur l’existant, l’optimisation du rendement de l’installation est plus délicate à réussir, étant donné que ni l’orientation, ni la pente ne sont contrôlées. Il faut aussi éviter les objets pouvant créer de l’ombrage. Les systèmes photovoltaïques, du fait d’être des installations électriques en toiture, présentent des risques spécifiques qui ne doivent pas être négligés. Outre l’installation de pare-foudre, des précautions doivent être prises contre le risque d’incendie susceptible de se produire au niveau des connecteurs et de la circulation électrique. Il est recommandé d’utiliser les équipements électriques fournis par le constructeur, de veiller à leur protection contre les intempéries et de prendre gardeà l’apparition de phénomènes de condensation.
Là encore, deux options sont possibles,l’intégration ou la surimposition.
Les panneaux solaires peuvent, en effet, être fixés par-dessus la couverture, mais l’installation n’est du coup pas éligible aux avantages liés à l’intégration au bâti.
Le choix de la superposition minimise néanmoins les modifications à apporter à une couverture existante. En solaire thermique, la technologie des tubes à vide s’avère bien adaptée à cette option de non-insertion.
Quant aux panneaux photovoltaïques plats, la surimposition favorise la nécessaire ventilation des modules. Pour plus de souplesse, les panneaux peuvent être posés en dépassement de faîtage ou gouttière. Mais attention aux installations bricolées, où le percement sauvage des tuiles pour faire passer les tuyaux a été trop souvent source de fuites.
La surimposition n’est pas si simple, l’objectif étant de minimiser le nombre de tuiles enlevées ou sciées. Quelques tuiles doivent être enlevées, afin de placer les étriers faisant support. La plupart de ces tuiles sont ensuite remises en place. L’étanchéité des ouvertures pour le câblage (en photovoltaïque) ou la tuyauterie (en thermique) demande des accessoires bien conçus, généralement fournis dans le kit fabricant. Des raccords souples de type Pipeco sont, par exemple, bien adaptés aux conduits hydrauliques.
Intégration de capteurs plats
Les bénéfices d’une solution intégrée à une toiture en pente sont nombreux, dont une absence de surcharge et de prise au vent. Si l’assemblage des modules n’est pas conçu pour être étanche, il faut placer au préalable des bacs acier pour assurer l’étanchéité. Mais la plupart des kits commercialisés proposent des panneaux raccordables aussi étanches qu’une couverture classique, et parfois plus légers. L’économie de couverture n’est d’ailleurs pas à négliger en construction neuve. Dans certains cas, il est même envisageable de se passer complètement d’une toiture traditionnelle.
Le rendement maximal énergétique se situe aux alentours de 30 à 35° de pente, avec une exposition ensoleillée. Suivant les constructeurs, la pente minimale diffère pour des raisons d’étanchéité qui n’est pas garantie en dessous, avec des valeurs qui se situent entre 11 à 15° pour la plupart des modèles, certains produits acceptant des pentes à partir de 4 ou 5°.
Ces dernières années ont aussi été marquées par la multiplication de la mise sur le marché de modules de petites dimensions. Ces tuiles « photovoltaïques » forment une couverture étanche par emboîtement latéral et par recouvrement vertical.
Plusieurs fabricants sont positionnés sur ce créneau, dont Imerys depuis 2002, mais aussi Clipsol ou encore Saint-Gobain avec Sunlap. Le principe de chevauchement permet de conserver un rythme à la toiture. Mais leur coût est plus élevé et le temps de pose plus long. Les panneaux de plus grandes dimensions sont pour leur part montés côte à côte. La structure porteuse en acier fixée sur des embases est vissée sur le bois de la charpente. Le pas de fixation sur les liteaux diffère suivant les modèles, entre 1 000 et 2 000 mm. Dans le cas d’une toiture en tôles d’acier ou de zinc, il peut être nécessaire de prévoir des liteaux additionnels. Par rapport à ce qui est nécessaire avec les tuiles ou ardoises, le nombre de lattes et de contre-lattes est moins élevé, mais leur épaisseur minimale nécessaire à la solidité de l’ouvrage est imposée par le fournisseur de panneaux solaires. Afin d’éviter une saillie disgracieuse au niveau du raccordement avec la couverture classique, la hauteur totale du contre-lattage et du lattage doit tenir compte de l’épaisseur des panneaux vitrés. Enfin, la pose de ces panneaux de grandes dimensions sur la charpente peut demander une planéité globale plus contraignante que celle exigée habituellement, entraînant si nécessaire un calage sous les embases.
Soigner l’étanchéité
Une difficulté majeure des systèmes intégrés est d’assurer l’étanchéité sur les jonctions entre les modules et la toiture classique, par diverses pièces, tôles laquées, feuilles de plomb, etc. En effet, l’étanchéité aux raccords avec la toiture classique peut s’avérer défectueuse, parfois dès l’installation, si elle n’a pas été faite par exemple suivant les recommandations du constructeur, ou sur la durée, du fait d’éléments vieillissant mal ou résistant insuffisamment aux intempéries. La gamme de toitures (tuiles plates ou en terre, ardoise naturelle ou en fibre ciment, tôles d’acier...) pour laquelle le raccordement est assuré par le fabricant diffère suivant les modèles. Latéralement, les modules sont clipsés sur des profilés métalliques. Verticalement, ils sont associés à une capote en partie supérieure et à une bavette en partie inférieure. Pour un résultat moins incertain, il est préférable de déployer sur la volige ou sur l’isolant un écran de sous-toiture de type HPV (Haute perméabilité à la vapeur).
Cet écran de sous-toiture permet d’assurer l’évacuation des condensations éventuelles jusqu’à la gouttière. Enfin, il faut prévoir les conduits (ou câblages) traversant la couverture, dont le nombre dépend de celui des panneaux, pouvant aller jusqu’à un câblage par tuile photovoltaïque.
