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Panneaux photovoltaïques et chaleur : la végétalisation pour éviter la surchauffe

par Hugo

En préparant votre installation, vous visez bien sûr le meilleur rendement des panneaux solaires sur votre toiture. Vous avez donc certainement déjà étudié toutes les variables principales telles que l’orientation, l’inclinaison, la variation du niveau d’ensoleillement de votre toiture, etc. Mais il y a deux facteurs auxquels vous n’avez peut-être pas encore pensé et qui peuvent influer très fortement sur votre production d’énergie. Il s’agit du vent… et de la chaleur.  

Le paradoxe oublié du panneau solaire 

Aussi paradoxal que cela puisse paraître, un panneau solaire peut souffrir d’un excès de soleil. Ou plutôt, de températures. En réalité, c’est l’énergie électromagnétique qui compte lorsque vous n’utilisez pas de panneaux à capteurs thermiques. Or, plus vos panneaux chauffent, moins ils produisent d’électricité solaire. Avec la hausse des températures et la multiplication des épisodes de canicules, ce n’est plus un détail à négliger. Quant au vent, il peut vite devenir un problème si vous n’avez pas choisi d’intégrer vos panneaux à même la toiture (pour mieux gérer l’orientation et l’inclinaison sur une toiture-terrasse par exemple). Or, il existe bien une solution qui réduit – voire supprime – les deux problèmes à la fois. Stabilité et régulation de la chaleur en une seule réponse, pour vous garantir le meilleur rendement de vos panneaux photovoltaïques. Mieux encore : il s’agit d’une solution verte (écologique) qui ferait aussi de votre toiture un modèle de défense de la biodiversité. Sans efforts. 

Rentabilité : l’intérêt du Performance Ratio 

Dans les calculs de rendement de vos panneaux photovoltaïques, certaines pertes doivent être prises en compte. Les composantes des panneaux solaires, le câblage ou encore la température influeront notamment sur leur production d’énergie. Et donc sur vos possibilités d’autoconsommation ou d’autoproduction. Ces pertes du système se mesurent notamment avec le Performance Ratio (PR). Une donnée qui intègre l’effet Joule (perte d’énergie liée à la dissipation thermique lorsque l’énergie passe dans un câble) mais aussi la surchauffe liée à des températures excessives.  Le PR devrait normalement vous aider à évaluer la qualité technique de votre panneau (qualité de la plaque), et le rendement énergétique de votre installation. Toutefois, lorsqu’il devient évident que la température locale limite votre rendement, vous pourriez être tenté(e) de changer vos plaques voire de renoncer à votre installation solaire. Or, il n’y a pas de raison pour qu’un panneau photovoltaïque ait un rendement plus faible à Perpignan qu’à Carhaix, au contraire. En cas de pertes liées à la température, le PR pourrait être votre indicateur pour améliorer le système plutôt que de le changer. 

Pourquoi la chaleur nuit-elle à vos panneaux photovoltaïques ? 

L’été devrait être la saison de production maximale d’énergie solaire. Pourtant, c’est surtout la saison où les installations photovoltaïques perdent le plus de rendement. Et pas seulement dans le Sud de la France ! Même si les températures restent plus fraîches au Nord de la Loire, avec une irradiation forte, la surface du panneau solaire se met à chauffer bien plus vite que l’air ambiant. Et avec elle, les cellules photovoltaïques. Plus les cellules chauffent, plus la tension diminue au sein de votre dispositif photovoltaïque. Au moindre degré gagné dehors, votre rendement énergétique diminue de façon exponentielle. Cette baisse se constate dès 25°C à la surface du panneau solaire. Et la température du panneau peut atteindre 80°C par temps de fortes chaleurs. Le stockage de l’énergie empêche aussi les panneaux de se refroidir, ce qui signifie que si le bâtiment consomme moins fréquemment en période de canicule, il risque de ne plus pouvoir consommer du tout. 

Par ailleurs, votre base de silicium, si elle est confrontée à une surchauffe régulière, va vieillir plus vite. Ainsi, au lieu de vous garantir une utilisation à haut-rendement pendant près de 20 ans, vos panneaux solaires pourraient s’épuiser bien plus tôt, en vous ayant apporté une production d’énergie limitée.

Rendement des panneaux solaires : pourquoi ne pas passer au vert ? 

Pour protéger vos panneaux et améliorer leur rendement énergétique, la solution en vogue est la végétalisation. Autrement dit, monter une toiture optimisée qui combinerait une installation solaire (installation photovoltaïque) et une surface végétale, naturelle et riche. Concrètement, le choix de végétaliser un toit-terrasse s’allie facilement à celui d’une énergie verte (solaire). C’est évidemment un choix engagé et notoirement écologique, mais pas seulement. C’est aussi, et surtout, un choix stratégique. 

Réguler le thermomètre

La couverture végétalisée posée directement sous vos panneaux va jouer le rôle de régulateur thermique. Il faut savoir que l’installation de végétaux sur une terrasse est de plus en plus utilisée comme isolant thermique. Mieux, c’est même aujourd’hui un outil majeur dans la lutte contre les fameux îlots de chaleur en centre-ville. 

L’idéal est de recourir à des végétaux résistants aux fortes températures comme aux faibles, pour garantir un toit vert et efficace toute l’année. Une végétalisation dite extensive, par exemple, peut mêler un tapis de sedum et des variétés de plantes fleuries qui vont absorber l’eau de l’air ambiant et la relâcher par évapotranspiration. Ce phénomène permet d’abaisser la température sur un toit de plusieurs degrés, y compris pendant un épisode de vague de chaleur. Un système d’autorégulation naturel qui maintient vos panneaux solaires à un bon niveau de rendement, sans surchauffe. 

Et le vent ? L’avantage de la charge superposée

Le vent est aussi une menace pour vos panneaux, s’ils ne sont pas fixés directement sur la toiture (voire intégrés, comme le récompense la prime d’intégration au bâti). La coexistence des deux systèmes écologiques sur un même toit va créer un nouvel effet de synergie. L’un soutient l’autre, vous obtenez ainsi un lestage efficace, sans avoir besoin d’aller percer la structure du toit. C’est notamment l’intérêt d’un système combinant toiture végétalisée et panneaux solaires, proposé par des entreprises spécialisées dans les toitures végétales. Ce système vous permet de jouer avec l’inclinaison et l’orientation de vos panneaux pour en améliorer le rendement, sans risquer de les voir s’envoler ni besoin de transpercer la toiture. 

Le système repose sur un drain, posé sur l’ensemble de la toiture, puis des bases solaires qui fixent la structure. Une fois celle-ci bien assurée, les panneaux (châssis solaire, contreventements, rails, accessoires) se posent directement sur la base solaire. Le poids du substrat et des végétaux en surface assoit enfin la bonne stabilité de l’ensemble. Selon la zone géographique, l’exposition de la toiture, une étude au vent détermine l’épaisseur de substrat minimum pour garantir que rien ne s’envole. Par ailleurs, joindre panneaux photovoltaïques et toiture végétalisée représente un bonus écologique considérable : retour et entretien de la biodiversité, gestion optimale des eaux pluviales, réintroduction de pollinisateurs, etc.

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