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24/02/2014
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Energie et constructionCycle technique 2014
Les panneaux photovoltaïques en toiture plateLes Isnes 25 février 2014
Formations supportées par la Wallonie
Benoît Michaux ir.Chef-Adjoint de la division
‘Enveloppe du bâtiment et Menuiserie’
1. Introduction
2. Définition et types de toitures photovoltaïques
3. Les pathologies
4. L’effet du vent
5. L’étanchéité
6. Autres aspects
Contenu
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1. Introduction
Intérêt du secteur pour ce type de toiture (Comités Techniques, avis techniques, …)
Projet de recherche 2014 -
Groupe de travail 2011-
Rapport scientifique
Articles concernant les panneaux PV
NIT, STS 72.1 à venir
…
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1. IntroductionIntérêt du secteur
- Intérêt économique, d’image d’entreprise, perspectives - Compétences multiples- Responsabilité- Types de toiture - Techniques récentes- Pathologies
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2. DéfinitionLes types de panneaux
- Monocristallins- Multi-cristallins- Amorphes
2. DéfinitionL’intégration dans les toitures
A. Par lestage
Avantages :L’orientation indépendante de la conceptionPas de percement.Déplacement possible pour maintenance.Inconvénients :Surcharge importante (structure portante, étanchéité + isolation, …).Le placement du lest peut nécessiter des moyens importants. L’inclinaison a une influence sur la quantité de lest nécessaire.
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Slide 5
BMI1 Les cellules mono-cristallines proviennent de la découpe d’un grand cristal de silicium. Elles sont les plus chères mais présentent en contrepartie un rendement plus élevé (12-20%)Benoît Michaux, 23/02/2014
BMI2 cellules multi-cristallines sont formées par plusieurs cristaux de silicium, leur rendement de conversion est sensiblement moins bon (11-15%) mais elles sont en contrepartie moins chèresBenoît Michaux, 23/02/2014
BMI3 Les cellules amorphes, également appelées cellules minces, sont fabriquées par projection d’un gaz de silicium sur une membrane souple, qui permet leur utilisation dans une large gamme d’applications, notamment en intégration ou collage sur les membranes d’étanchéité des toitures plates. Elles sont moins chères que les cellules cristallines et présentent un moins bon rendement (5-9%), surtout dans le cas d’un rayonnement direct.Benoît Michaux, 23/02/2014
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2. DéfinitionL’intégration dans les toitures
B. Par fixation à la structure portante
Avantages :L’inclinaison est choisie sans contrainte.La surcharge liée aux modules est plus faibleque dans le cas du lestage (sans effet sur l’étanchéité).
Inconvénients :L’orientation des panneaux peut être influencée par l’orientation de l’élément portant sur lequel est réalisé l’ancrage.Le percement de chaque couche du complexe toiture doit être réalisé avec soin.
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2. DéfinitionL’intégration dans les toitures
C. Par fixation au niveau de l’étanchéité
Avantages :Pas de percement de l’étanchéité.Surcharge réduite
Inconvénients :L’orientation des profils soudésL’inclinaison (15‐20°) est généralement inférieure à l’optimum pour imiter l’effet du vent.
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2. DéfinitionL’intégration dans les toitures
D. Par intégration dans la membrane (pour panneaux amorphes)
Avantages :La surcharge minime.Le travail d’installation durant le travail d’étanchéitéPas de percement du complexe toiture .Inconvénients :Inclinaison de la toiture. Le remplacement de la membrane d’étanchéité signifie le remplacement des cellules PV.Le choix des cellules PV se limite aux cellules amorphesDes déformations trop importantes influent sur la rentabilité des panneaux
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3. Pathologies
Lors de la tempête début janvier 20123 janvier Middelkerke, avec 104 km/h. A l'intérieur du pays, les maxima ont été relevés à Uccle (94 km/h) et à Deurne (90 km/h).
5 janvier Gembloux 122 km/h. A Wavre Sainte‐Catherine, 108 km/h. A Coxyde, le vent a atteint 101 km/h.
Techniques de pose mal maitriséesRésultats pour une compagnie d’assurance
• 5% des installations assurées envolées,
• 700.000€ de dégâts,
• plus de 100 installateurs concernés.10
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3. Pathologies
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3. Pathologies
Manquements aux règles de base de stabilité: Profilés inadaptés
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3. Pathologies
Manquements aux règles de base de stabilité: Lestage en « pose libre »
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3. Pathologies
Manquements aux règles de base de stabilité: Pas de contreventement
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3. Pathologies
Manquements aux règles de base de stabilité: Robustesse de la structure : structures correctes
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3. Pathologies
Sous‐évaluation des moyens de stabilisation (lestage)
Lestage insuffisant au renversement
Lestage conséquent mais mal disposé Conception avec « porte-à-faux »?
Lestage insuffisant et mal disposé
Équilibre au renversement
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3. Pathologies
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Lestage insuffisant au glissement
Équilibre au glissement
Lestage insuffisant au glissement : déplacement 3 mois après installation
Sous‐évaluation des moyens de stabilisation (lestage)
3. Pathologies
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Sous‐évaluation des moyens de stabilisation (lestage)
Équilibre au soulèvement
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3. PathologiesManquements aux règles de base de stabilité: Pas de joints de dilatation ou joints de dilatation « bridés »
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4. Effets du vent
Le vent va générer des efforts verticaux, et horizontaux sur les panneaux: ‐ Non uniforme‐ Dépendant de la géométrie du bâtiment, de
son implantation,…‐ Influence des panneaux
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Effet du vent
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4. Effets du vent
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Toiture plate : cf en partie dû au bâtiment, en partie dû aux panneaux PV
pression moindre
Fw FwVent Obstacle abrupte: toit plat et angles vifs
Capteurs solaires
pression importante
Turbulences
Zone de bord: turbulence:• Bâtiment effet important
+• Panneaux PV : effet moindre
Zone centrale: turbulence:• Bâtiment : effet moindre
+• Panneaux PV : effet important
4. Effets du vent
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Champ de capteurs - cf,PV obtenus par essais en soufflerie et par calcul Profil de rangée dissymétrique
Résumé des coefficients de force moyens déterminés à partir d’essais en soufflerie sur un générateur PV et comparaison à ceux obtenus par calcul
Profil des cf,PV
en surpressionProfil des cf,PV
en dépression
α
F
F
F
F
G
G
G
H IG
Sud
Nord
Ouest
Vent
Vent
α = 35°
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4. Effets du vent
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Conclusion de l’analyse des cf,PV
• les cf,PV + sont du même ordre de grandeur que les cf,PV - ,• En zones H de la toiture plate, les zones de coin des champs PV
sont nettement plus sollicitées,• un effet de protection de la zone périphérique du champs PV sur
la zone centrale,• On peut distinguer 4 zones de cf,PV significativement différentes, et
déterminer des coefficients de réduction Ψmc
4. Effets du vent
24Vent
PV I -1,3 +0,4
PV II -1,0 +0,4
P III -0,8 +0,3
PV IV -0,7 +0,2
H (I)α=10°
Proposition sur base EN 1991-1-4 et essais
cf,PV- cf,PV+
PV I -1,3 +0,7
PV II -1,0 +0,6
P III -0,8 +0,5
PV IV -0,6 +0,4
H (I)α=25° cf,PV- cf,PV+
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4. Effets du vent
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Coefficients de réduction
Coefficient de réduction
Essais en soufferie EN 1991-1-4
Toitures multiples isolées shed
PV I PV II PV III PV IV PV I PV II PV III PV IVCoef réduction dépression.
mc
- 0,8 0,6 0,5 - 0,8 0,7 0,7
Coef réduction surpression
mc
- 0,9 0,7 0,6 - 1 0,9 0,7
4. Effets du vent
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3 états d’équilibre• Soulèvement
• Glissement
• retournement
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5. L’étanchéité
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Couche de protection• Couche de protection contre les migrations, mécanique et contre
la fusion • Prévoir un débord de 5 cm• Attachée soit à l’étanchéité soit au lestage mais pas les deux• Compatibilité chimique
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5. L’étanchéité
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A. Ancrage par patte traversante• Fixation dans l’élément porteur• Liaison d’étanchéité délicate
4 types d’ancrage
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5. L’étanchéité
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A. Ancrage par patte traversante
• Attention au pont thermique
5. L’étanchéité
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B. Ancrage par socle
• « Armature » d’attente• Socle coulé sur place• Continuité d’étanchéité à effectuer sur socle
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5. L’étanchéité
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Ancrage par socle posé sur l’isolant
Socle fixé au travers
5. Autres aspects
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Rendement des installations
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5. Autres aspects
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Effet de l’ombrageangle 1 : angle d'obstructionangle 2 : angle de saillie verticaleangle 3 : angle de saillie à gaucheangle 4 : ange de saillie à droite.
5. Autres aspects
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• Panneaux solaires sur toitures plates : sollicitations dues au vent (CSTC-Contact n° 36 (4-2012))
• Protection des installations photovoltaïques contre la foudre (CSTC-Contact n° 28 (4-2010))
• PEB- Systèmes: Systèmes photovoltaïques (Infofiche juillet 2013)
• Dossier du CSTC concernant les techniques de fixation des capteurs solaires sur toituresinclinées (2012)
• Manutention des capteurs photovoltaïques cristallins (CSTC contact n° 40 (4-2013))
• Réglementation sur les performances énergétiques des bâtiments (www.normes.be)
• NBN EN 15316‐4‐6 Méthode de calcul des besoins énergétiques et des rendements des systèmes Partie 4‐6 Systèmes de générationde chaleur, systèmes photovoltaïques
• NBN EN 15603 Performance énergétique des bâtiments – Consommation globale d’énergie et définition des évaluations énergétiques
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