Potentiel photovoltaïque des bâtiments

La défense publique de la thèse de doctorat présentée par Giuseppe Peronato et intitulée "Urban planning support based on the photovoltaic potential of buildings: a multi-scenario ranking system" a eu lieu le 24 janvier 2019 à l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Réalisé au sein du Laboratoire de performance intégrée au design (LIPID), sous la supervision des Professeurs Marilyne Andersen et Emmanuel Rey, ce travail de recherche porte sur le développement un système d’aide à la planification urbaine basé sur le potentiel photovoltaïque (PV) des bâtiments. Le but est de fournir à tous les acteurs du processus décisionnel une méthode solide pour évaluer et comparer le potentiel de génération d’énergie électrique photovoltaïque des bâtiments existants dans un contexte de conditions environnementales incertaines. Le travail doctoral a été réalisé dans le cadre du projet de recherche interdisciplinaire ACTIVE INTERFACES mené au sein du PNR 70 du Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS), qui vise à développer de nouvelles stratégies pour la prise en compte du BIPV dans les processus de renouvellement urbain.

 

La méthodologie développée est basée sur une procédure de modélisation à l’échelle urbaine comprenant des simulations de la production photovoltaïque et une estimation simplifiée du potentiel de rénovation des bâtiments. Cette procédure met ensemble desmodèles d’avant-garde pour la simulation du rayonnement solaire, des besoins énergétiques des bâtiments et de la production photovoltaïque avec une analyse à la grande échelle basée sur une maquette numérique vectorielle 3D. La maquette permet une représentation détaillée des bâtiments, du terrain et de la végétation. La procédure de modélisation inclut en outre une approche novatrice pour simuler le positionnement des modules PV sur l’enveloppe du bâtiment, ce qui influence non seulement la production d’électricité mais aussi l’acceptabilité du système. La procédure de modélisation est intégrée à son tour dans un système d’aide à la planification qui permet une évaluation robuste du potentiel photovoltaïque à travers des scénarios de minimisation du risque. Deux facteurs d’incertitude cruciaux – bien que sous-estimés – sont considérés : les conditions météorologiques et la végétation. Les résultats sont agrégés à différentes échelles et, pour chaque échelle, les emplacements spatiaux sont classés par une comparaison par paires selon les indicateurs énergétiques appropriés. Les résultats sont finalement visualisés dans un outil cartographique 3D avec des couches en fausses couleurs superposées aux échelles d’agrégation considérées pour atteindre différents objectifs et informer les décideurs. 

 

Des analyses de sensibilité au regard de différentes résolutions des données et scénarios de modélisation ont été conduites afin d’atteindre un bon compromis entre la précision et le temps du calcul et de définir les intervalles de confiance des résultats. La production photovoltaïque simulée a été aussi comparée avec les données mesurées d’une installation existante.

 

Finalement, la procédure de modélisation et le système d’aide à la planification ont été testés dans un secteur de la ville de Neuchâtel, en Suisse. L’analyse a mis en lumière les zones avec le potentiel le plus haut et a établi une liste de priorités d’intervention. Elle a aussi montré l’impact de la végétation sur les valeurs absolues et surtout sur le classement des emplacements spatiaux évalués sur base de leur potentiel énergétique,

 

 

 Résumé de la thèse