L’industrie céramique italienne œuvre à intégrer la technologie photovoltaïque dans les carreaux afin d’obtenir des revêtements capables de réduire la consommation d’énergie des bâtiments tout en optimisant le transfert thermique entre l’intérieur et l’extérieur. 

Les premiers prototypes ont donné des résultats prometteurs, qui peuvent être appliqués aux projets de construction verte les plus innovants.

Les carreaux photovoltaïques dans les revêtements

Les parties non transparentes (les murs et les toits) contribuent jusqu’à 80 % à l’ensemble du transfert thermique dans les bâtiments.  

Le but des revêtements en carreaux photovoltaïques est d’optimiser l’efficacité énergétique des bâtiments en exploitant les surfaces exposées au soleil. Ce type d’interventions permet de réduire les pertes de chaleur en hiver et de les réguler en été en contrôlant le rayonnement solaire.

La fonctionnalisation des carreaux

Ces dernières années, la Céramique italienne a œuvré à intégrer les dispositifs photovoltaïques dans les carreaux, en tâchant de combiner les besoins esthétiques et énergétiques et de faciliter l’accès aux énergies renouvelables.

L’objectif des chercheurs est d’arriver à une fonctionnalisation progressive des carreaux, c’est-à-dire de leur donner de nouvelles fonctions en plus de celles qui les caractérisent. Ces nouvelles fonctions peuvent inclure l’isolation thermique, l’autonettoyage ainsi que la collecte et la transformation de l’énergie.

Le développement des carreaux photovoltaïques

Pour le développement des carreaux photovoltaïques, la recherche s’est concentrée sur plusieurs objectifs :

  • Remplacer la couche d’émail des carreaux par une surface photovoltaïque.
  • Développer la technologie permettant de réaliser les surfaces photovoltaïques directement sur les carreaux céramiques.
  • Réaliser des carreaux fonctionnalisés, à utiliser pour les revêtements.
  •  Comprendre comment les exploiter au mieux dans les revêtements extérieurs des bâtiments.

 

Dans les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments (PVIB), les panneaux solaires sont intégrés dans les toits et les façades et ils exercent plusieurs fonctions, telles que la production d’électricité et l’isolation thermique. Ce segment du bâtiment est actuellement l’un des marchés à plus forte croissance.

Les recherches du CECERBENCH

Le laboratoire CECERBENCH – au sein du Centro Ceramico Italiano – est spécialisé dans le développement de céramiques à surfaces fonctionnelles. Ses recherches ont montré que, grâce au système d’insertion photovoltaïque, on peut obtenir des matériaux de revêtement qui produisent de l’électricité.

Pour ce faire, on a étudié différents matériaux sur lesquels on a remplacé la couche d’émail par des cellules solaires.

Le prototype de carreau photovoltaïque 

Le prototype de carreau photovoltaïque réalisé mesure 10 x 10 cm et comprend une série de quatre cellules photovoltaïques connectées de manière à recréer un dispositif semblable à un panneau solaire. 

Les carreaux ainsi composés sont ensuite reliés entre eux par de simples prises électriques et soutenus par des structures en aluminium.

Les premiers essais ont été réalisés en assemblant neuf de ces prototypes (disposés sur trois rangées de trois carreaux chacune) et en fixant le module ainsi obtenu sur un revêtement exposé au soleil, en laissant un espace d’environ 10 cm de manière à simuler une façade ventilée.

La structure des carreaux photovoltaïques

Chaque carreau photovoltaïque comprend :

  • une couche conductrice réalisable avec les techniques céramiques habituelles 
  • une couche photovoltaïque en a-Si ou matériaux alternatifs  
  • une couche protectrice en verre ou en polymère.

Pour ce prototype, une demande de brevet PCT (Traité de coopération en matière de brevets) a été déposée sous le titre de « Carreau céramique à surface fonctionnalisée par des cellules photovoltaïques ».

Les résultats obtenus à partir des prototypes

Les prototypes construits ont permis de mesurer la manière dont ce type de revêtement influe sur le transfert thermique entre l’intérieur et l’extérieur.

Les premiers résultats ont montré que des paramètres tels que la température des cellules photovoltaïques, la température ambiante et la lumière solaire sont reliées de manière linéaire et que les carreaux photovoltaïques sont capables de maintenir un comportement thermique homogène.

L’innovation de la Céramique italienne

L’expérience de la Céramique italienne dans la fabrication des carreaux et les recherches les plus avancées dans le domaine des énergies renouvelables ont permis d’obtenir un produit innovant qui représente un nouveau pas vers une construction plus durable.