Article #24
Photovoltaïque bifacial : la toiture qui produit deux fois — et perd moins à la chaleur
Réfléchir le rayonnement ne fait pas qu'augmenter la lumière disponible pour le panneau : cela limite aussi l'échauffement qui le pénalise.
On connaît l'effet de l'albédo sur la production bifaciale. Un troisième mécanisme, documenté par d'autres études, s'ajoute au tableau : la chaleur elle-même fait perdre du rendement au panneau, indépendamment de la lumière qu'il reçoit.
Sur une toiture claire et réfléchissante, un panneau bifacial capte le soleil deux fois : directement en face avant, et par réflexion en face arrière. Et parce que la surface chauffe moins, les modules perdent aussi moins de rendement. (Illustration générée par une IA)
Sur une toiture équipée de panneaux photovoltaïques, on pense en général à une seule source d'énergie : le rayonnement direct qui frappe la face avant des modules. Trois études indépendantes — un essai de terrain en Vendée(opens in new tab), une expérimentation universitaire aux Émirats Arabes Unis(opens in new tab) et un « White Paper(opens in new tab) » technique de SolarWorld/ISFH — montrent qu'une partie de ce rayonnement peut être valorisée une seconde fois, à condition que la surface sous les panneaux soit réfléchissante. C'est précisément le terrain sur lequel un revêtement thermo-réflectif rejoint le photovoltaïque.
Une inspiration toitures fraîches, une réalisation thermo-réflective
Les trois études citées ici s'appuient sur des dispositifs relevant des toitures fraîches : peintures ou membranes à forte réflectance testées en laboratoire ou sur des installations pilotes. C'est le vocabulaire de la recherche internationale sur le sujet, et nous nous y référons pour cette raison.
Ce n'est toutefois pas le vocabulaire de notre offre. Un revêtement thermo-réflectif THERM'Reflectis ne se limite pas à une réflectance de surface : il combine cette réflectance à un travail sur l'émissivité, l'isolation et la tenue dans la durée, pour la toiture comme pour les façades et les vitrages. Le principe physique mesuré par ces études — davantage de rayonnement réfléchi disponible pour un système photovoltaïque — reste valable pour notre technologie ; le niveau de performance et de durabilité visé est différent.
Deux mécanismes qui se complètent
Un revêtement thermo-réflectif et un panneau photovoltaïque bifacial n'agissent pas sur la même chose :
- Le revêtement réfléchit une part importante du rayonnement solaire au lieu de laisser la toiture l'absorber et s'échauffer.
- Le panneau bifacial capte une partie de ce rayonnement réfléchi sur sa face arrière, en plus du rayonnement direct capté par sa face avant.
Le revêtement réfléchit ce que le panneau bifacial peut ensuite transformer en électricité. C'est cette relation entre les deux technologies que les trois études permettent d'objectiver.
Schéma de principe : la toiture réfléchissante renvoie une partie du rayonnement incident vers la face arrière du module bifacial, en complément du rayonnement direct capté par la face avant.
Ce que montrent les mesures
Les trois sources ne mesurent pas exactement la même chose (surface, climat, inclinaison, type de module), mais elles convergent sur l'existence et l'ordre de grandeur du phénomène :
Les valeurs ci-dessus proviennent de trois protocoles différents et ne s'additionnent pas entre elles ; elles illustrent un même levier — l'albédo de la surface sous les modules — dans des configurations distinctes.
Comparatif des gains de production mesurés par SOG Solar, l'Université de Sharjah et SolarWorld/ISFH. Les barres bicolores indiquent une plage de résultats selon la configuration testée.
L'essai mené par SOG Solar en Vendée(opens in new tab) est le plus parlant : en remplaçant l'herbe par une surface blanche sous des panneaux bifaciaux, la surproduction du bifacial par rapport au monofacial est passée de + 9,3 % à + 13,8 % sur la même journée — la preuve que l'albédo et la bifacialité s'additionnent plutôt qu'ils ne se substituent l'un à l'autre.
Le rendement grimpe encore avec le bifacial
Le « White Paper(opens in new tab) » SolarWorld/ISFH quantifie ce même principe sur un modèle théorique : pour un module bifacial à 65 % de bifacialité, installé à 0,3 m au-dessus d'une surface à seulement 16 % d'albédo (un béton usuel), le gain de production n'est que de 3,6 %. Sur une surface blanche à 80 % d'albédo, dans les mêmes conditions, il grimpe à 18,2 %. La hauteur de pose joue également : les gains restent modestes en dessous de 0,3 m et se stabilisent au-delà de 1 m.
Un panneau bifacial installé sur une toiture sombre exploite donc une petite partie de son potentiel. Le même panneau, posé sur une surface à haute réflectance, s'en rapproche nettement plus.
Gain énergétique d'une installation photovoltaïque bifaciale avec module monté en mode paysage, orienté au sud, incliné à 30° et un espacement entre rangées de 2,5 mètres, pour un albédo de 80 %.
Un troisième levier : la chaleur fait aussi perdre du rendement
Les trois études précédentes mesurent un effet de lumière, pas un effet de température : aucune n'a mesuré la température des modules eux-mêmes. Un phénomène distinct, documenté par une littérature technique abondante, mérite pourtant d'être ajouté au tableau : au-delà de 25 °C, chaque degré supplémentaire réduit la puissance d'un module photovoltaïque en silicium cristallin d'environ 0,35 à 0,45 % — parfois résumé à « environ 0,5 % » dans la pratique.
C'est ce qu'on appelle le coefficient de température (TK Pmpp), une donnée normative présente sur toutes les fiches techniques de modules, mesurée dans les conditions de test standard (STC : 1000 W/m², 25 °C, spectre AM 1,5). Le « White Paper(opens in new tab) » SolarWorld/ISFH déjà cité en donne un exemple concret : pour le Sunmodule Bisun, bifacial comme monofacial, ce coefficient est de -0,41 %/°C. Un module qui atteint 65 °C en toiture — une température courante par forte chaleur — perd ainsi de l'ordre de 15 à 18 % de sa puissance instantanée par rapport à ses conditions de test, uniquement à cause de la température.
Perte de puissance en fonction de la température du module, calculée à partir du coefficient TK Pmpp = -0,41 %/°C publié par SolarWorld/ISFH pour le Sunmodule Bisun.
Cette perte n'est pas anecdotique : elle survient précisément aux heures où le rayonnement est le plus fort, donc où la production serait la plus élevée. Un module qui chauffe moins conserve une part de ce potentiel perdu par les modules qui chauffent davantage.
Un bénéfice qui s'ajoute — sans être surinterprété
Il serait excessif de présenter ce troisième levier comme une preuve directe testée sur nos revêtements : les trois études de production citées plus haut n'ont mesuré ni la température des modules, ni un lien de cause à effet entre albédo de la toiture et température des panneaux. Ce que l'on sait, de manière distincte et bien établie par ailleurs, c'est que la chaleur pénalise le rendement d'un module — et qu'une toiture plus sombre s'échauffe davantage, atteignant couramment entre 70 °C et 80 °C en plein soleil selon la littérature sur les toitures fraîches. Limiter cet échauffement par une surface à haute réflectance est donc un raisonnement physique cohérent, à distinguer d'une mesure directe sur installation PV.
Pour un site déjà équipé ou en projet d'équipement photovoltaïque, cela ouvre une lecture à trois niveaux du revêtement thermo-réflectif : davantage de rayonnement disponible pour la face arrière d'un module bifacial, une toiture qui s'échauffe moins, et — par un mécanisme physique distinct et bien documenté — un module qui, en théorie, chauffe moins produit mieux.
Où cette combinaison a le plus de sens
Les grandes toitures plates — entrepôts, bâtiments industriels, exploitations agricoles, serres — sont les mieux placées pour en bénéficier : surface disponible, hauteur de pose maîtrisable, et intérêt direct à combiner une toiture plus fraîche avec une production électrique optimisée. Sur ces surfaces, la même intervention traite deux enjeux à la fois — la protection thermique du bâtiment et la performance de l'installation photovoltaïque.
Une grande toiture plate (entrepôt, bâtiment industriel ou agricole) équipée de panneaux photovoltaïques, représentative du type de site le plus pertinent pour cette combinaison. (Source : Google Maps — Walmart, Milford, Connecticut, États-Unis)
Sources : SOG Solar — « Mini REX Bifacial », 7 mai 2021 · Université de Sharjah — Altan et al., « An experimental study of the impact of cool roof on solar PV electricity generations », International Journal of Low-Carbon Technologies, 2019 · SolarWorld AG / Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) — « Calculating the Additional Energy Yield of Bifacial Solar Modules », white paper (coefficient TK Pmpp du Sunmodule Bisun) · photovoltaique.info (HESPUL) — « Puissance et rendement des modules photovoltaïques » (définition STC) · Littérature technique généraliste sur le coefficient de température des modules en silicium cristallin (ordre de grandeur : -0,35 à -0,45 %/°C)
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