Et si la moitié des toits suisses produisaient de l'électricité?
Des chercheurs de l’EPFL analysent le potentiel énergétique solaire en Suisse. Leurs résultats montrent que plus de la moitié des 9,6 millions des toits seraient disponibles pour l'installation de panneaux photovoltaïques. Cela répondrait à plus de 40% de la demande électrique annuelle.
Le déploiement à grande échelle du photovoltaïque sur les toits des bâtiments peut jouer un rôle important dans la transition vers un système énergétique à faible émission de carbone. Jusqu’ici, le manque de données sur les bâtiments et leurs environnements ainsi que de grandes incertitudes – liées aux méthodes de calcul existantes – entravaient l'estimation précise des potentiels photovoltaïques à grande échelle sur les toits suisses. Pour combler cette lacune, les chercheurs du Laboratoire d’énergie solaire et physique du bâtiment (LESO-PB) ont développé une méthodologie qui combine des algorithmes d'apprentissage automatique (machine learning), des systèmes d'information géographique (GIS) et des modèles physiques pour estimer le potentiel photovoltaïque suisse. Ils ont également pris en compte, pour la première fois, le profil horaire. Leurs résultats sont publiés dans Applied Energy.
Tous les toits ont leur particularité
« Nous ne considérons pas uniquement le rayonnement solaire, mais également la surface disponible sur les toits. Ceux-ci présentent parfois une géométrie particulière ou arborent des superstructures, comme des cheminées, qui empêchent d’installer des panneaux photovoltaïques, » explique Alina Walch, qui a mené la deuxième étape de l’étude. La dimension du toit, son orientation, sa situation en pleine ville ou isolée, autant de paramètres pris en compte et implémentés dans leur algorithme. Les résultats indiquent que 55% de la surface totale des toits suisses est appropriée à l'installation de panneaux solaires photovoltaïques. En exploitant uniquement les surfaces principalement orientées vers le sud, cela pourrait répondre à plus de 40% de la demande annuelle actuelle en électricité sur le plan national.
Des panneaux solaires adaptés aux différentes géométries des toits
Une première étude, basée sur l’intelligence artificielle, avait déjà été réalisée dans une thèse précédente par Dan Assouline, du LESO-PB. Celle-ci s'appuyait sur des données récoltées à Genève et étendue par la suite à l’ensemble de la Suisse. « Cette étude avait exploré, pour la première fois, l’application de l’intelligence artificielle pour quantifier le potentiel d’intégration du photovoltaïque à grande échelles sur les bâtiments. En utilisant de nouvelles données à haute résolution, nous avons amélioré la méthode d’estimation et augmenté la résolution spatio-temporelle des résultats. Cela nous permettra de modéliser de futurs systèmes d’énergie 100% renouvelables », précise Jean-Louis Scartezzini, directeur du LESO-PB.
Grâce au Système national d’Information Géographique « SIG-Énergie », les bâtiments suisses ont été modélisés très précisément par l’Office Fédéral de l’Énergie. Le machine learning a pu estimer la surface qui peut être couvert par les capteurs sur les toitures en fonction de la forme ou de l’ombrage. En appliquant les règles pratiques d’implantation, au plus près de la réalité, l’estimation a fait un bond en avant et un potentiel de 24 Térawattheure (TWh) a été obtenu, correspondant à une multiplication par dix des installations existantes. L’incertitude liée à cette estimation est de 9 TWh, qui est due à la variabilité du rayonnement solaire et à la méthodologie appliquée.
Potentiel énergétique annuel
Une estimation horaire du potentiel photovoltaïque
Le travail d’Alina Walch ne s’est pas arrêté là : pour la première fois, elle a inclus dans son étude une estimation horaire du potentiel photovoltaïque. Celle-ci permet de dimensionner la production par rapport à la consommation. « Nous avons un surplus pendant l’été, un manque d’énergie pendant l’hiver, et pas d’énergie du tout pendant la nuit. Pour pallier à ce déséquilibre, il faut considérer d’autres formes d’énergies renouvelables, afin de compenser ce manque et de stocker le surplus. Le potentiel de stockage hydroélectrique est intéressant, mais il nous confronte au problème de la variation saisonnière du contenu des barrages à accumulation. L’énergie éolienne, exploitée au sens large, pourrait combler les manques, » poursuit la chercheuse.
Fraction horaire non ombragée de la surface de toit
Les résultats obtenus par le laboratoire de l’EPFL pourront être utilisés pour proposer des politiques efficaces d'intégration du photovoltaïque sur les toits. Le LESO-PB, le Fonds national suisse, Innosuisse et l’Office fédéral de l’énergie sont en discussion en vue de développer une plateforme qui permettra aux villes, aux cantons et aux communes, mais également aux particuliers, de visualiser le potentiel des énergies renouvelables de leurs bâtiments.
En Suisse, à l’heure actuelle, seul un dixième du potentiel solaire photovoltaïque est réalisé : il reste encore 90 % de ce potentiel à exploiter.
Applied Energy https://authors.elsevier.com/sd/article/S0306261919320914
Alina Walch,⁎, Roberto Castello, Nahid Mohajeri, Jean-Louis Scartezzini
a Solar Energy and Building Physics Laboratory, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland