Des recherches montrent que les températures pourraient augmenter dans les villes avec de nombreux panneaux solaires sur les toits. Quels en sont les impacts ?
Les panneaux solaires installés sur les toits ont connu une adoption généralisée dans de nombreuses régions du monde, même dans des endroits où il pleut plus qu’il ne brille. Bien que ces panneaux solaires fournissent une énergie renouvelable significative aux environnements urbains, ils augmentent également la température locale dans les villes.
Le coût des panneaux solaires sur les toits diminue tandis que leurs rendements de conversion d’énergie (RCE) augmentent, les rendant plus accessibles à davantage de régions à travers le monde. Cependant, ils pourraient modifier les microclimats urbains en raison de la chaleur localisée. De plus, une température locale plus élevée autour des cellules solaires (surtout dans les environnements humides) réduit leur RCE et leur impact environnemental.
Installation de panneaux solaires. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock
Les Panneaux Solaires sur les Toits Génèrent de la Chaleur Lors de leur Fonctionnement
Lorsque des cellules solaires sont installées sur des toits, elles absorbent l’énergie du soleil car elles ont un faible albédo (la quantité de lumière qu’une surface réfléchit). Cependant, une grande partie de cette chaleur est absorbée lorsque cette énergie est convertie en électricité. Cette chaleur est ensuite relâchée dans l’environnement environnant, augmentant la température locale autour des panneaux solaires. Cela crée de la chaleur à la surface du panneau, là où le soleil brille directement, mais également sur la face inférieure, où la convection thermique se produit entre le panneau et la surface du toit. Lorsque l’air se déplace sur ces surfaces, il est réchauffé davantage que s’il passait simplement sur le toit nu. Les zones avec de nombreux panneaux solaires sur les toits ont montré des températures de l’air diurnes plus élevées que celles sans panneaux.
Ajouter des panneaux solaires (à droite) libère de la chaleur dans les environs, créant des îlots de chaleur. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Barron-Gafford et al.
Une Étude Aborde les Changements de Température à Échelle Urbaine
Aucune étude antérieure n’a examiné l’impact des panneaux solaires sur les toits sur l’environnement urbain en général. Les recherches précédentes n’ont pas étudié plusieurs villes, utilisant uniquement des expériences locales et des simulations pour tirer des conclusions. De nombreuses études n’ont également pas tenu compte de la convection thermique entre le panneau et le toit.
Des chercheurs des États-Unis, d’Inde, de Belgique, de Chine et d’Australie ont collaboré pour créer un modèle utilisant les dernières données de recherche météorologique et de prévision en intégrant des paramètres d’effet de bâtiment dans des villes tropicales avec des températures locales élevées et une humidité importante. Ce modèle a été validé par rapport à un modèle expérimental validé pour examiner les effets des panneaux solaires à l’échelle de la ville.
L’étude a pris en compte de nombreux paramètres, notamment la dynamique de la couche limite, les champs météorologiques près de la surface, les budgets d’énergie de surface et les circulations de brise de mer. La recherche principale a été réalisée à Kolkata, en Inde. Pour évaluer les impacts dans différents climats, les chercheurs ont également étudié l’impact des panneaux solaires sur les toits à Austin (États-Unis), Sydney (Australie), Athènes (Grèce) et Bruxelles (Belgique).
Différences Entre Nuit et Jour
L’étude a montré que l’efficacité des panneaux solaires sur les toits diminuait d’environ 0,5 à 0,8 % pour chaque 1°C d’augmentation par rapport aux conditions normales (25°C). Une couverture de 100 % en été a entraîné une augmentation significative de la température pendant la journée en raison du faible albédo et du flux d’air au-dessus et en dessous des panneaux, amplifiant ainsi l’effet de chauffage. Par exemple, les chercheurs ont observé une augmentation de 3,2°C de la température de l’air entre le panneau et le toit pendant la journée. Cependant, une couverture de 100 % a également diminué la température pendant la nuit car les panneaux solaires fournissaient un refroidissement radiatif et convectif.
| Ville | Changement diurne (°C) | Changement nocturne (°C) |
| Kolkata | +1.5 | -0.6 |
| Sydney | +1.9 | -0.8 |
| Austin | +1.8 | -0.7 |
| Athènes | +1.2 | -0.4 |
| Bruxelles | +1.1 | -0.3 |
Changements des températures diurnes et nocturnes dans les cinq villes étudiées. Données utilisées avec l’aimable autorisation de Khan et al.
En plus d’une augmentation de la température, l’effet de chaleur des panneaux solaires réduirait la plupart des avantages des énergies renouvelables en cas de couverture totale des toits. Dans l’étude menée à Sydney, environ 40 % de l’électricité générée par les panneaux solaires était utilisée pour éviter que les panneaux ne surchauffent via des charges de refroidissement supplémentaires, telles que la climatisation. Pendant les périodes de forte chaleur estivale, la surface des panneaux solaires atteignait jusqu’à 70°C, ce qui affectait naturellement l’environnement local autour des panneaux. Les chercheurs ont également émis l’hypothèse qu’un grand nombre de panneaux solaires sur les toits à travers une ville pourrait impacter le microclimat local.
La chaleur entre les panneaux et les toits réchauffe l’environnement environnant. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Khan et al.
Arrêter le Solaire sur les Toits n’est Pas la Solution
Alors que les cellules solaires pourraient être responsables de changements dans les microclimats locaux en raison d’une adoption à grande échelle, elles font partie des technologies renouvelables les plus importantes dont nous disposons pour la transition vers des énergies non fossiles. Les chercheurs ont déclaré que retirer les panneaux n’est pas la solution. Au lieu de cela, ils recommandent d’utiliser des matériaux réfléchissants pour les toits (pour réfléchir plus de chaleur loin des panneaux) et de la verdure (pour agir comme des puits de chaleur) dans les villes. Ces mesures contribueraient à réduire d’éventuelles augmentations de la température. Les cellules solaires pourraient également être intégrées à des systèmes de collecte thermique à base d’eau pour absorber l’excès de chaleur de la surface des panneaux afin de produire de l’eau chaude.