La bataille pour la surface

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Des villes vertes avec des rues vertes, des places vertes, des façades vertes et des toits verts - la nécessité de verdir les zones urbaines a été largement reconnue. Les avantages des toits verts en termes d'effets de refroidissement, d'amélioration du microclimat, de biodiversité de la flore et de la faune et de la rétention de pluie lors de fortes pluies sont également bien connus.

Le système Sika SolarMount-1 (SSM1) avec un toit vert extensif. Photo: Sika

Les toits, en particulier les toits plats, jouent un rôle particulier dans ce contexte. Dans les zones urbaines, ils offrent les plus grandes surfaces exposées au soleil et à la pluie et donc l'opportunité la plus facilement évolutive pour obtenir rapidement les avantages mentionnés ci-dessus.

Au cours du retournement énergétique (crise énergétique), cependant, ces zones ont une autre fonction non moins existentielle. Les surfaces doivent produire de l'énergie - de l'énergie électrique - de l'énergie propre - de l'énergie durable - de manière fiable, rentable, directement sur le lieu de consommation - et enfin et surtout, dans des quantités inimaginables. L'époque où un système photovoltaïque (PV) ne devait représenter qu'une contribution à l'électricité domestique ou commerciale est révolue. Les exigences en matière d'énergies renouvelables sont aujourd'hui largement acceptées et sont de la nature suivante : 100 % !

Qu'est-ce que cela signifie? Nous devons, dès que possible, électrifier tous les secteurs énergétiques avec des énergies renouvelables. Et ce sont, outre l'électricité domestique et commerciale bien connue (secteur énergétique 1), deux autres secteurs énergétiques, en partie beaucoup plus vastes. Le secteur du chauffage, qui, outre le chauffage des locaux, signifie principalement la chaleur de processus dans l'industrie, et le vaste secteur du secteur de la mobilité sur terre, sur l'eau et dans l'air. Pour de nombreuses applications, l'électricité renouvelable peut déjà être utilisée directement - pour d'autres secteurs, la conversion de l'électricité renouvelable par électrolyse pour produire de l'hydrogène comme vecteur énergétique est incontournable.

La principale charge (puissance) de cette transformation énergétique repose principalement sur deux technologies : l'éolien et le photovoltaïque. Les deux technologies sont disponibles, rapides à installer, propres, fiables, sûres et bon marché. Ils se complètent presque parfaitement en termes de jour et de nuit, d'été et d'hiver, centralisé et décentralisé, rural-urbain-eau.

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Ces deux technologies nécessitent avant tout une chose pour produire de l'énergie à grande échelle : la terre ! (Surface)

Comme l'énergie éolienne est pratiquement impossible à utiliser dans les zones urbaines, le photovoltaïque revêt ici une importance primordiale. Et donc retour sur le toit. Le toit doit apporter la contribution principale à la production d'énergie régénérative. Le conflit avec les espaces verts sur le toit est donc une évidence.

Mais pourquoi les deux ne seraient-ils pas possibles en même temps ? Doit-on choisir entre toits verts et solaires PV ?

Il est possible de faire les deux. Avec une bonne planification et en utilisant la technologie appropriée, un toit peut être à la fois un toit vert avec tous les avantages connus et fournir une source d'énergie inépuisable, propre et bon marché.

En collaboration avec son partenaire Centroplan GmbH d'Allemagne, Sika a développé une solution pour cela. La base pour cela est un système de montage photovoltaïque spécialement conçu pour les toits plats à membrane, le système dit Sika SolarMount-1 (SSM1).

Tapis verts et zone exempte de racines. Photo : Sika.

La différence avec les systèmes de montage de toits plats photovoltaïques conventionnels réside dans la manière dont le système de montage est fixé à la membrane de toiture. Habituellement, les constructions en profilés d'aluminium sont placées sur la membrane de toiture et lestées au moyen de pierres contre les forces verticales (soulèvement). Les forces horizontales doivent être transférées en toute sécurité à la structure du toit au moyen du frottement statique entre la membrane de toiture et le système de montage PV. C'est une science en soi - puisque, en plus de déterminer le coefficient de frottement correct, le vent local et le les charges doivent être parfaitement adaptées à la géométrie du générateur PV afin d'empêcher le système PV de glisser ou de se soulever. En pratique, cela ne réussit généralement qu'avec de grands ensembles de modules PV contigus. Cela laisse peu ou pas d'espace pour un espace vert.

Le système Sika utilise une technique fondamentalement différente de fixation du générateur PV à la membrane de toiture. Sika utilise des pièces moulées parfaitement ajustées, appelées Solar Click. Ce connecteur à la membrane de toiture est fait du même matériau que la membrane de toiture elle-même (PVC ou FPO) et peut donc être soudé directement à la membrane de toiture au niveau moléculaire à l'aide d'air chaud.

Système de rayonnage PV soudé directement à la membrane de toiture en PVC ou FPO. Photo : Sika.

Le système PV et le toit forment une seule unité. Toutes les forces horizontales sont calculées à l'avance et introduites dans la membrane de toiture avec de grandes réserves de sécurité. Toutes les forces verticales (aspiration du vent) sont également calculées en fonction du projet et, si nécessaire, protégées contre le soulèvement du générateur PV au moyen d'un lest généralement très petit.

Le système photovoltaïque solaire léger SSM1 de Sika avant l'installation du toit vert. Photo: Sika

Les avantages de cette technique de fixation sont la protection maximale du toit ; les charges supplémentaires les plus faibles pour la structure du toit ; et en cas de toits verts, une flexibilité maximale pour la conception du générateur PV. Les systèmes individuels (d'un module à 8 modules) peuvent être installés sur le toit de manière complètement indépendante les uns des autres et à n'importe quelle distance souhaitée les uns des autres. Cela laisse de la place pour le toit vert.

En Allemagne, où le système est installé avec succès depuis de nombreuses années, en particulier dans les magasins discount, la raison principale du développement du SSM1 Green System était l'exigence des autorités locales de désigner les zones de toit comme des zones de toits verts. La principale fonction des toits verts dans les zones urbaines en Allemagne est la rétention des eaux pluviales lors de fortes précipitations pour prévenir les inondations. L'exigence des autorités était d'un coefficient de ruissellement des précipitations de 0,5, ce qui signifie que la quantité habituelle de précipitations qui passe d'un toit plat à travers le système de drainage dans le système d'égouts de la ville ne doit le faire qu'à la moitié du taux normal.

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Les panneaux solaires SSM1 en formation dense permettent toujours la toiture verte et la rétention des eaux pluviales. Photo : Sika.

En coopération avec l'Université Leibniz de Hanovre, différentes séries de tests ont ensuite été réalisées avec le système SSM1 et des tapis verts placés sur le toit. Il en résulte que même avec un système PV très large d'est en ouest, de petites distances entre les rangées de modules sont encore suffisantes pour réduire de moitié le coefficient de ruissellement de la pluie au moyen de tapis de verdissement.

Ainsi, avec le SSM1 Green System toutes les variantes possibles d'une toiture photovoltaïque verte sont concevables et réalisables. Du petit vert pour maintenir un coefficient de ruissellement des pluies avec un rendement énergétique maximal, à un grand espace vert avec une biodiversité maximale et un rendement énergétique plus faible. Le système est entièrement adaptable.

Chaque variante peut avoir un sens - si l'on connaît les priorités et les plans d'utilisation des surfaces de toit en conséquence. Si vous connaissez les avantages des deux types de toitures végétalisées et/ou photovoltaïques, vous connaissez implicitement le principe de conception suivant : les surfaces de toiture inutilisées sont à éviter !

Tapis Seedum offrant des avantages de rétention des eaux pluviales entre les rangées de panneaux solaires. Photo : Sika.

Rien ne rend plus clair le principe de ne laisser aucune surface de toit inutilisée que de connaître le rendement énergétique solaire en un an d'un module PV standard de 21 pieds carrés (1,95 m²) avec une puissance d'environ 410 watts.

Un module standard génère un rendement annuel moyen d'environ 500 kWh à Boston (MA).

À Los Angeles (CA), un module standard génère environ 620 kWh par an.

Une voiture électrique californienne standard peut parcourir une distance d'environ 2 500 miles par an avec l'énergie générée par un seul module PV standard.

L'utilisation multiple des terres (surfaces) et des toits est l'art du futur. Grâce à ces technologies, nous pouvons décider comment rendre les terrains et les toits inutilisés utilisables pour nous et notre environnement à l'avenir et aider à relever les défis de la gestion des eaux pluviales et la nécessité de passer à une énergie 100 % renouvelable.

Toit vert intégré et système solaire photovoltaïque, très courant dans toute l'Allemagne. Photo : Sika.

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Robert Laume est chef de projet principal des systèmes photovoltaïques chez Centroplan GmbH et Future Sun GmbH Allemagne. Il travaille dans le domaine du photovoltaïque depuis 2009.

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