Toits solaires à ne pas ignorer : Un guide complet des systèmes PV sur toits en pente et plats

Introduction du produit

Dans le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV), le solaire en toiture se distingue comme la forme d'application la plus importante. Les toits bénéficient d'excellentes conditions d'ensoleillement, restent non affectés par l'orientation du bâtiment, sont moins sujets à l'ombrage et peuvent absorber pleinement le rayonnement solaire. Ces avantages font du toit le bien immobilier de choix pour capter l'énergie solaire. Le PV en toiture se divise généralement en deux catégories principales : PV sur toit en pente et PV sur toit plat.

Paramètres techniques

PV sur toit en pente

Montage direct sur toits en pente : Les modules PV sont généralement posés à plat en suivant la direction de la surface du toit incliné. Un espace est laissé entre les modules et le toit pour permettre le passage des câbles et la ventilation pour la dissipation de la chaleur, comme illustré ci-dessus.

Pour les toits en pente en béton neufs ou les toits en pente en béton de type villa (couverts de tuiles), des boulons peuvent généralement être pré-encastrés pendant la phase de conception, et l'étanchéité du toit traitée selon les pratiques conventionnelles. Lors de l'installation de la base du module, la couche d'étanchéité doit être prolongée sur la base et les pièces métalliques encastrées, avec un traitement d'étanchéité autour des boulons d'ancrage. Là où la couche d'étanchéité est percée, un mastic d'étanchéité doit être utilisé pour remplir l'espace et bloquer tout chemin d'infiltration d'eau de pluie. Une couche d'étanchéité supplémentaire doit également être ajoutée sous la base, de sorte que même si une fuite se produit au sommet de la base, l'eau de pluie n'atteindra pas la couche structurelle.

Pour les toits en acier de grande surface des usines et entrepôts, la pente est généralement de 5 % à 10 %. Les modules peuvent être posés parallèlement à la pente du toit, ou disposés selon un certain angle d'inclinaison. Les supports supérieurs se connectent à la structure porteuse du toit via divers connecteurs et fixations. Différentes structures de panneaux en acier coloré nécessitent différentes pinces de support — plus la pince correspond bien à la tuile en acier coloré, plus la fiabilité du système de montage est élevée.

Pour les projets de rénovation ajoutant du photovoltaïque à des toits existants en acier coloré, la méthode de fixation doit être choisie en fonction de la structure du panneau de toit — des connexions par pinces adaptées, des connexions par boulons percés ou un collage par adhésif chimique sont utilisés pour monter les supports photovoltaïques sur le panneau de toit. Une attention particulière doit être portée au renforcement de l'étanchéité du toit après l'ajout de l'équipement photovoltaïque, en particulier pour les connecteurs qui traversent le panneau de toit. Des joints d'étanchéité ou d'autres adhésifs structurels d'étanchéité peuvent être appliqués pour garantir la performance d'étanchéité. De plus, la charge structurelle de la charpente en acier d'origine, des fermes, des pannes et des panneaux de toit doit être revérifiée par une analyse des contraintes sur les éléments porteurs pour garantir la sécurité structurelle.

Construction et installation de tuiles solaires : Pour les nouveaux toits en pente en béton ou les toits en pente en béton de type villa (couverts de tuiles), en plus du type à montage direct courant, de nombreux projets adoptent la forme de tuiles solaires. Un toit en tuiles est un type de toit en pente dont la forme distinctive exige un niveau élevé d'apparence des modules. Les tuiles solaires sont donc souvent utilisées pour se fondre avec le toit du bâtiment, comme illustré ci-dessus.

Les tuiles solaires préservent le style architectural global, fournissent de l'énergie au bâtiment et réduisent en même temps la température intérieure. Les tuiles solaires doivent correspondre aux dimensions modulaires des tuiles de toit ordinaires et ne doivent pas interférer avec la fonction normale de drainage du toit. La construction des tuiles solaires est illustrée ci-dessus.

Photovoltaïque sur toit plat

Placement direct : Pour les toits plats en béton les plus courants des bâtiments, un réseau photovoltaïque à inclinaison fixe est adopté, utilisant des supports en acier fixés sur des plots en béton sur le toit. Les supports de modules sont disposés avec des supports transversaux le long de la direction de la longueur de l'unité structurelle. Des connexions boulonnées sont utilisées entre les supports et les fondations, entre les éléments de support, et entre les supports et les pannes.

Cette méthode de montage supporte une charge structurelle relativement faible, est facile à installer, n'affecte généralement pas la sécurité de la structure du toit du bâtiment, n'endommage pas le système d'étanchéité d'origine du toit et a un coût économique relativement faible. Pour les nouveaux bâtiments, des plots en béton peuvent être réservés lors de la phase de conception selon les dimensions d'installation spécifiques des supports, ce qui facilite l'installation. L'angle d'inclinaison des supports de modules peut être calculé à l'aide d'un logiciel solaire photovoltaïque approprié en fonction de la latitude locale et de la disposition du toit, en sélectionnant l'angle optimal d'orientation et d'inclinaison.

Lorsque les modules sont placés inclinés, l'espacement des rangées du champ photovoltaïque doit être pris en compte pour éviter que la rangée avant ne fasse de l'ombre à la rangée arrière. Le choix de l'angle d'inclinaison et de l'espacement des rangées doit être coordonné avec les dimensions spécifiques de l'espace disponible sur le toit. En satisfaisant les conditions d'ensoleillement, l'inclinaison et la configuration optimales doivent être sélectionnées en pesant tous les facteurs, afin d'augmenter la capacité installée par surface de toit et d'améliorer l'efficacité de production d'électricité. Sur la base de l'expérience de conception passée, les systèmes photovoltaïques installés de cette manière ont une capacité installée d'environ 120 à 160 Wc/m² par unité de surface, et il est recommandé d'estimer à 150 Wc/m² lors de la conception du schéma.

Les toits des bâtiments abritent de nombreuses installations électromécaniques telles que des tours de refroidissement, des ventilateurs de ventilation et de lutte contre l'incendie, des équipements d'alimentation en eau et de drainage, et des canalisations, ainsi que des cages d'escalier, des salles de machines d'ascenseur et des réservoirs d'eau d'incendie sur le toit qui dépassent du toit. Tout cela affecte considérablement le placement des champs photovoltaïques. La surface de toit disponible et continue pour les modules peut être petite ou dispersée, ce qui est défavorable à la disposition du système et au regroupement des câbles. La communication et la coordination avec les disciplines architecturales et électromécaniques doivent être effectuées dès le début de la phase de conception pour garantir une meilleure zone et de meilleures conditions d'installation.

Installation surélevée : Pour utiliser efficacement l'espace et surmonter les inconvénients du montage direct sur le toit, une disposition surélevée peut être utilisée. Un cadre en acier en forme de auvent est ajouté en position élevée sur le toit pour supporter les modules photovoltaïques sans affecter la disposition et l'utilisation des équipements sur le toit. Les supports de modules sont boulonnés aux pannes de la structure en acier du auvent, adoptant une inclinaison horizontale globale dans laquelle les modules sont posés à plat sur la structure en acier du auvent, comme illustré ci-dessus.

Cette méthode maximise l'utilisation de la surface du toit et évite les interférences avec la disposition des équipements sur le toit, mais plusieurs problèmes doivent être pris en compte. D'abord, la sécurité. Comme l'auvent en acier dépasse la hauteur du parapet, les conditions météorologiques extrêmes (comme les typhons violents) peuvent soulever les modules et les faire tomber, présentant un danger en dessous. L'angle d'inclinaison de l'installation ne doit donc pas être trop grand, et la résistance de connexion des connecteurs de montage doit être revérifiée. Deuxièmement, l'impact de l'auvent en acier sur la hauteur du bâtiment et le coefficient d'occupation des sols. Bien que l'auvent soit ouvert sur tous les côtés, les propriétaires peuvent plus tard l'encercler pour l'utiliser, il est donc nécessaire de confirmer avec les autorités locales de construction et d'urbanisme si la structure peut être exemptée des calculs de hauteur et de coefficient d'occupation des sols. Troisièmement, si les équipements électromécaniques sur le toit tels que les tours de refroidissement, les ventilateurs d'extraction et les conduits de ventilation peuvent être couverts par le dessus, cela doit être négocié et confirmé avec les disciplines concernées.

Pour les bâtiments à toiture en acier coloré nouvellement construits, un panneau de toiture photovoltaïque intégré peut être sélectionné pour poser des modules sur toute la toiture — sans support, installation rapide, marchable, et ne nécessitant aucun canal de maintenance ou de nettoyage réservé. Par rapport à l'ajout de modules ordinaires sur des panneaux de toiture métalliques traditionnels, cette solution intégrée offre de meilleures performances en matière de résistance au vent, d'étanchéité, de protection contre l'incendie et d'utilisation complète de la surface de toiture disponible, comme illustré ci-dessus.

Avantages techniques

• Les toits offrent une exposition solaire supérieure, une liberté vis-à-vis des contraintes d'orientation et un ombrage minimal

• Plusieurs stratégies de montage s'adaptent aux types de toits en béton, en acier coloré, en tuiles et intégrés

• Les tuiles solaires préservent l'esthétique architecturale tout en abaissant la température intérieure

• L'étanchéité renforcée et la revérification structurelle garantissent la sécurité à long terme du toit

• L'angle d'inclinaison optimisé et l'espacement des rangées maximisent la capacité installée et l'efficacité de production

• Les panneaux de toiture photovoltaïques intégrés offrent des toits sans support, marchables et résistants aux intempéries

Application produit

Les solutions photovoltaïques en toiture s'appliquent à un large éventail de types de bâtiments : villas résidentielles avec toits en pente en béton ou en tuiles, usines industrielles et entrepôts avec de grandes toitures en acier coloré, structures existantes subissant une rénovation photovoltaïque, et bâtiments commerciaux avec toits plats en béton encombrés d'équipements électromécaniques. Que ce soit par montage direct, tuiles solaires, structures à inclinaison fixe, structures en auvent surélevées, ou panneaux de toiture photovoltaïques entièrement intégrés, chaque approche peut être adaptée aux conditions du site pour équilibrer le rendement énergétique, l'étanchéité, la sécurité structurelle et l'apparence architecturale.

Point de vue d'Ooitech

En tant que fournisseur mondial de lignes de production de panneaux solaires, Ooitech estime que la diversité des scénarios de toiture décrits ici — des villas en tuiles aux auvents surélevés d'usines — est exactement la raison pour laquelle la qualité des modules et la cohérence dimensionnelle comptent tant à la source. Les tuiles solaires doivent correspondre à la modularité des tuiles, et les structures surélevées doivent résister à des charges de niveau typhon, donc les étapes de cadrage, de laminage et de test EL de la production des modules déterminent directement si ces toitures restent étanches et sûres pendant des décennies. Pour les ingénieurs qui veulent voir comment les modules fiables sont réellement fabriqués, suivre la chaîne YouTube d'Ooitech à l'adresse www.youtube.com/ooitech offre un aperçu plus proche de la ligne de production derrière chaque installation de toiture fiable.