Actuellement, l'attention se porte principalement sur la réduction des émissions de carbone des bâtiments permanents. Les recherches sur les mesures de réduction des émissions de carbone des bâtiments temporaires sur les chantiers sont peu nombreuses. Sur les chantiers dont la durée de vie est inférieure à 5 ans, les services de projet utilisent généralement des maisons modulaires réutilisables, ce qui permet de réduire le gaspillage de matériaux de construction et les émissions de carbone.
Afin de réduire davantage les émissions de carbone, ce dossier présente un système photovoltaïque modulaire et orientable destiné à un projet de maisons modulaires orientables, fournissant ainsi de l'énergie propre pendant son fonctionnement. Ce même système est installé sur le bâtiment temporaire du bureau d'études du chantier. La conception modulaire du support et du système photovoltaïque est standardisée et intégrée, avec des modules unitaires spécifiés, pour former un produit technique intégré, modulaire, démontable et orientable. Ce produit améliore l'efficacité énergétique du bureau d'études grâce à une technologie de stockage solaire direct et flexible, réduit les émissions de carbone liées au fonctionnement des bâtiments temporaires sur le chantier et contribue à la réalisation de l'objectif de bâtiments à bilan carbone quasi nul.
L'énergie distribuée est une méthode d'approvisionnement énergétique qui intègre la production et la consommation d'énergie chez l'utilisateur, réduisant ainsi les pertes lors du transport. Les bâtiments, principaux consommateurs d'énergie, peuvent utiliser l'énergie photovoltaïque inutilisée produite sur leurs toits pour atteindre l'autoconsommation. Ceci favorise le développement du stockage d'énergie distribuée et répond aux objectifs nationaux de réduction des émissions de carbone et aux propositions du 14e plan quinquennal. L'autoconsommation énergétique des bâtiments renforce le rôle du secteur du bâtiment dans la réalisation de ces objectifs.
Ce document étudie l'effet d'autoconsommation de l'énergie photovoltaïque produite par les bâtiments temporaires sur les chantiers de construction et explore l'impact de la technologie photovoltaïque modulaire sur la réduction des émissions de carbone. L'étude se concentre principalement sur le bureau d'études des maisons modulaires sur les chantiers. D'une part, le caractère temporaire des bâtiments de chantier est souvent négligé lors de la conception. Or, la consommation énergétique par unité de surface de ces bâtiments est généralement élevée. Une conception optimisée permet de réduire efficacement les émissions de carbone. D'autre part, les bâtiments temporaires et les installations photovoltaïques modulaires sont recyclables. Outre la production d'énergie photovoltaïque, la réutilisation des matériaux de construction contribue également de manière significative à la réduction des émissions de carbone.
La technologie « stockage solaire, flexibilité directe » est un moyen technique important et une méthode efficace pour atteindre la neutralité carbone dans les bâtiments.
Actuellement, la Chine ajuste activement sa structure énergétique et promeut un développement bas carbone. En septembre 2020, le président Xi Jinping a proposé un double objectif carbone lors de la 75e session de l'Assemblée générale des Nations Unies. La Chine atteindra un pic de ses émissions de dioxyde de carbone d'ici 2030 et la neutralité carbone d'ici 2060. Les « Recommandations du Comité central du Parti communiste chinois relatives à l'élaboration du quatorzième plan quinquennal pour le développement économique et social national et aux objectifs à long terme pour 2035 » soulignent la nécessité de promouvoir la transition énergétique, d'améliorer les capacités de consommation et de stockage des énergies nouvelles, d'accélérer la promotion d'un développement bas carbone, de développer les bâtiments écologiques et de réduire l'intensité des émissions de carbone. En se concentrant sur le double objectif carbone de neutralité et sur les recommandations du quatorzième plan quinquennal, divers ministères et commissions nationaux ont successivement mis en œuvre des politiques de promotion spécifiques, parmi lesquelles l'énergie distribuée et le stockage distribué de l'énergie constituent des axes de développement clés.
Selon les statistiques, les émissions de carbone liées à l'exploitation des bâtiments représentent 22 % des émissions totales de carbone du pays. La consommation d'énergie par unité de surface des bâtiments publics a augmenté avec la construction, ces dernières années, de grands immeubles et de bâtiments à systèmes centralisés de grande envergure dans les villes. Par conséquent, la neutralité carbone des bâtiments est un élément essentiel de la stratégie nationale de neutralité carbone. L'une des orientations clés du secteur de la construction, en réponse à cette stratégie, est la mise en place d'un nouveau système électrique « photovoltaïque + recharge bidirectionnelle + courant continu + régulation flexible » (stockage photovoltaïque flexible direct), dans le cadre d'une électrification globale de la consommation d'énergie dans le secteur de la construction. On estime que la technologie de « stockage photovoltaïque flexible direct » peut réduire les émissions de carbone d'environ 25 % liées à l'exploitation des bâtiments. Cette technologie est donc essentielle pour stabiliser les fluctuations du réseau électrique dans le secteur du bâtiment, accéder à une part importante d'énergies renouvelables et améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments de demain. Elle constitue un moyen technique important et une solution efficace pour atteindre la neutralité carbone dans le secteur du bâtiment.
Système photovoltaïque modulaire
Les bâtiments temporaires sur le chantier sont principalement des maisons modulaires réutilisables. Un système photovoltaïque modulaire et réversible a donc été conçu pour ces maisons. Ce produit de construction temporaire photovoltaïque zéro carbone utilise la modularité pour concevoir des supports et des systèmes photovoltaïques standardisés. Il se décline en deux spécifications : maison standard (6×3×3) et maison avec passerelle (6×2×3). La disposition des panneaux photovoltaïques est réalisée en mosaïque sur le toit de la maison modulaire, chaque panneau étant posé sur un conteneur standard. L'ensemble photovoltaïque est ensuite installé sur le support photovoltaïque inférieur pour former un composant modulaire intégré, qui est levé en une seule pièce pour faciliter le transport et la manipulation.
Le système de production d'énergie photovoltaïque est principalement composé de modules photovoltaïques, d'un onduleur et d'un pack de batteries. Le produit comprend deux maisons standard et une maison à couloir central, formant un bloc unitaire. Six blocs unitaires sont ensuite combinés pour créer différents espaces dédiés au projet, permettant ainsi une adaptation à l'agencement spatial et la réalisation d'un projet préfabriqué à bilan carbone nul. La modularité des produits permet une adaptation libre aux projets et sites spécifiques, et l'utilisation de la technologie BIPV contribue à réduire davantage les émissions de carbone du système énergétique global du bâtiment. Ceci offre aux bâtiments publics, situés dans différentes régions et sous différents climats, la possibilité d'atteindre la neutralité carbone. Ce schéma technique est disponible à titre de référence.
1. Conception modulaire
La conception modulaire intégrée, réalisée avec des modules de 6 m × 3 m et 6 m × 2 m, facilite la manutention et le transport. Elle garantit une mise en service rapide, un fonctionnement stable, des coûts d'exploitation réduits et une durée de construction sur site diminuée. La conception modulaire permet la préfabrication de l'usine assemblée, l'empilage et le transport simplifiés, ainsi que le levage et l'assemblage par verrouillage, ce qui améliore l'efficacité, simplifie le processus de construction, raccourcit les délais et minimise l'impact sur le chantier.
Principales technologies modulaires :
(1) Les ferrures d'angle compatibles avec la maison de type modulaire facilitent la connexion du support photovoltaïque modulaire avec la maison de type modulaire située en dessous ;
(2) La disposition photovoltaïque évite l'espace au-dessus des fixations d'angle, de sorte que les supports photovoltaïques peuvent être empilés ensemble pour le transport ;
(3) Cadre de pont modulaire, qui convient à la disposition standardisée des câbles photovoltaïques ;
(4) La combinaison modulaire 2A+B facilite la production standardisée et réduit les composants personnalisés ;
(5) Six modules 2A+B sont combinés en une petite unité avec un petit onduleur, et deux petites unités sont combinées en une grande unité avec un onduleur plus grand.
2. Conception à faible empreinte carbone
S'appuyant sur une technologie zéro carbone, cette recherche conçoit des produits de construction photovoltaïques temporaires à zéro émission de carbone, de conception modulaire, de production standardisée, d'un système photovoltaïque intégré et d'équipements de transformation et de stockage d'énergie modulaires, incluant des modules photovoltaïques, des onduleurs et des batteries, afin de former un système photovoltaïque permettant d'atteindre zéro émission de carbone lors de l'exploitation du chantier. Les modules photovoltaïques, les onduleurs et les batteries sont démontables, combinables et réinstallables, ce qui facilite la transition entre les projets, notamment pour les maisons préfabriquées. La modularité des produits permet de s'adapter aux besoins de différentes échelles grâce à des variations de quantité. Cette conception modulaire, détachable et combinable, permet d'améliorer l'efficacité de la production, de réduire les émissions de carbone et de favoriser l'atteinte des objectifs de neutralité carbone.
3. Conception d'un système de production d'énergie photovoltaïque
Le système de production d'énergie photovoltaïque est principalement composé de modules photovoltaïques, d'un onduleur et d'un système de batteries. Les panneaux photovoltaïques de la maison modulaire sont disposés en tuiles sur le toit. Chaque module standard est équipé de 8 panneaux photovoltaïques monocristallins en silicium de dimensions 1924 × 1038 × 35 mm, et chaque module d'allée, de 5 panneaux photovoltaïques monocristallins de mêmes dimensions.
Durant la journée, les modules photovoltaïques produisent de l'électricité. Le contrôleur et l'onduleur convertissent ensuite le courant continu en courant alternatif pour alimenter les charges. Le système privilégie l'alimentation des charges. Lorsque la production d'énergie photovoltaïque dépasse la puissance requise par les charges, le surplus est chargé dans la batterie via le contrôleur de charge et de décharge. En cas de faible luminosité ou la nuit, les modules photovoltaïques ne produisent pas d'électricité et l'énergie stockée dans la batterie est convertie en courant alternatif pour alimenter les charges.
Résumé
La technologie photovoltaïque modulaire est mise en œuvre dans les bureaux et les logements du département projet du chantier des bâtiments 4 à 6 du parc industriel automobile et énergétique de Pingshan, à Shenzhen. Quarante-neuf groupes de modules, répartis en deux zones (2A et 2B, voir figure 5), sont équipés de huit onduleurs. La puissance installée totale est de 421,89 kW, la production annuelle moyenne d'électricité est de 427 000 kWh, les émissions de carbone sont de 0,3748 kg CO₂/kWh et la réduction annuelle des émissions de carbone du département projet est de 160 tonnes CO₂.
La technologie photovoltaïque modulaire permet de réduire efficacement les émissions de carbone sur les chantiers, palliant ainsi le manque de mesures de réduction des émissions de carbone lors de la phase initiale de construction. La modularisation, la standardisation, l'intégration et la réutilisation permettent de réduire considérablement le gaspillage de matériaux de construction, d'améliorer l'efficacité énergétique et de diminuer les émissions de carbone. L'application concrète de la technologie photovoltaïque modulaire au sein du département des projets d'énergies nouvelles permettra à terme d'atteindre un taux de consommation d'énergie propre distribuée supérieur à 90 % dans le bâtiment, un taux de satisfaction des usagers supérieur à 90 % et une réduction des émissions de carbone du département de plus de 20 % par an. Outre la réduction des émissions de carbone du système énergétique global du bâtiment, le photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) offre également une solution technique de référence pour les bâtiments publics, dans différentes régions et sous différents climats, afin d'atteindre les objectifs de neutralité carbone. Mener des recherches pertinentes dans ce domaine sans tarder et saisir cette opportunité unique permettra à notre pays de devenir un chef de file de cette transformation révolutionnaire.
Date et heure de publication : 17-07-23