Panneaux solaires pour toits plats pour climats rigoureux et nordiques
- Trygve Mongstad
- 12 mai
- 4 min de lecture
Dernière mise à jour : 30 mai
Les climats nordiques présentent des défis uniques pour l'installation de panneaux solaires sur toit plat. Les risques sont mal compris, car ces marchés sont relativement jeunes et de nombreux fournisseurs de solutions solaires y sont inexpérimentés. La plupart des panneaux solaires et des systèmes de montage ont été développés pour des conditions climatiques très différentes, et les installations seront soumises à :
Exposition au vent fort
Forte accumulation de neige
Faibles angles du soleil
Tous ces facteurs peuvent réduire les performances et augmenter le risque d'endommagement de l'installation solaire, voire du bâtiment lui-même. Les systèmes photovoltaïques conventionnels pour toits plats – souvent des panneaux solaires inclinés montés sur ballast – sont conçus pour les climats plus méridionaux et non pour ces conditions.
Panneaux solaires conventionnels pour toit plat recouverts de neige (Photos : Over Easy Solar)
Le photovoltaïque vertical (VPV) représente l'avenir du solaire sur toitures plates dans les régions aux conditions climatiques extrêmes. Développé en Norvège pour répondre aux défis climatiques de l'Europe du Nord, l'unité VPV offre des performances exceptionnelles dans les environnements exposés au vent et à la neige, où les solutions standard sont souvent insuffisantes.
Résistance au vent sur les toits plats : comment l'unité VPV réduit les forces du vent
Une installation solaire sur un toit plat est particulièrement vulnérable à la poussée du vent, cette force verticale qui peut soulever les panneaux solaires conventionnels du toit. Pour fonctionner en toute sécurité dans les zones venteuses, les systèmes traditionnels s'appuient sur un lest lourd ou des fixations mécaniques complexes, qui ajoutent une charge et augmentent les risques de dommages au toit, comme la compression de l'isolant ou les fuites de membrane.
L'unité VPV adopte une approche fondamentalement différente. Les panneaux verticaux ne générant aucune poussée, ils ne nécessitent généralement ni ballast ni pénétration de toiture, ce qui simplifie l'installation et préserve l'intégrité du toit. Cette approche a été validée par :
Simulations CFD (dynamique des fluides numérique) avec Fraunhofer ISE
Essais en soufflerie à l'IFI d'Aix-la-Chapelle
Données de terrain provenant d'installations dans des zones de vent avec une vitesse de vent de référence allant jusqu'à 27 m/s
Prenons l'exemple de notre installation à Tromsø, dans le nord de la Norvège, un site très exposé au bord de la mer. Après plusieurs hivers et tempêtes, le système reste stable et intact.
Panneaux solaires verticaux lors d'une tempête hivernale à Tromsø, en Norvège
La clé réside dans notre conception aérodynamique :
Panneaux à profil bas (~25 cm) qui réduisent l'exposition au vent
Réseaux qui répartissent les charges de vent sur l'ensemble du système
Espacement serré des panneaux qui protège chaque module du vent
Cela fait de l'unité VPV une solution fiable et sans ballast pour la plupart des toits plats, y compris ceux situés sur des terrains côtiers ou ouverts.
Neige et panneaux solaires : mieux pour les toits plats avec panneaux verticaux
Les systèmes solaires conventionnels installés sur des toits plats sont facilement recouverts par la neige ; quelques centimètres d'accumulation suffisent à stopper complètement la production d'énergie. De plus, dans les climats extrêmement enneigés, le poids de la neige peut endommager les panneaux solaires, la membrane et le toit.
Les panneaux solaires verticaux fonctionnent différemment :
Ils restent partiellement ou totalement au-dessus de la neige, maintenant ainsi la production
Ils bénéficient de l'albédo, la lumière du soleil réfléchie par la neige qui augmente les performances bifaciales
L'accumulation de neige est faible et les panneaux verticaux assurent une fonction de fonte passive
Pour les charges de neige élevées qui peuvent endommager le toit et les panneaux, les panneaux verticaux ne supportent aucune charge de neige ou ne concentrent pas la charge sur la membrane de toiture ou l'isolation.
Nous avons pu constater ce phénomène dans plusieurs installations, comme l'hôtel Sundvolden et l'école Blussuvoll (Trondheim), où nos systèmes verticaux ont continué à produire pendant l'hiver tandis que les systèmes inclinés sont restés couverts.
Pourquoi le solaire bifacial vertical produit plus d'énergie dans les climats nordiques
L'angle d'installation vertical n'étant pas optimal pour les panneaux solaires, nombreux sont ceux qui pensent que les panneaux solaires verticaux sont toujours moins performants. Pourtant, les panneaux solaires bifaciaux, qui produisent de l'énergie des deux côtés, offrent un excellent rendement énergétique. En effet, sous les latitudes nordiques, nous avons constaté que les panneaux bifaciaux verticaux peuvent largement dépasser les performances des systèmes traditionnels : sur l'installation de recherche mentionnée à Tromsø, nous avons constaté un rendement énergétique spécifique (kWh/kWc) 40 à 50 % supérieur pour le solaire vertical à celui d'une installation de référence utilisant une solution solaire conventionnelle sur toit plat incliné de 10° est-ouest.
Les principaux avantages comprennent :
Un meilleur angle d'incidence de la lumière solaire provenant de faibles angles donne une efficacité plus élevée
L'orientation verticale est-ouest capte très bien l'énergie sous presque tous les angles dans les régions du nord
Énergie de plus grande valeur produite pendant les heures du matin/soir et au début du printemps, mieux adaptée à la demande
Les résultats réels obtenus à Oslo, Trondheim et dans l'est de la Norvège confirment que l'unité VPV offre des rendements hivernaux stables et une production plus forte en intersaison par rapport aux panneaux conventionnels montés à plat.
Conclusion : Une solution solaire intelligente et sûre pour les climats difficiles
Si vous envisagez d'installer des panneaux solaires sur un toit plat dans une région nordique ou alpine, les solutions conventionnelles pourraient ne pas être optimales. Avec des exigences structurelles minimales, l'absence de lest dans la plupart des cas et une validation concrète en Norvège et en Europe, nous constatons que le solaire vertical est une solution d'avenir pour les bâtiments exposés aux intempéries, au vent, à la neige et aux conditions nordiques.
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