Bon nombre de prototypes arborent fièrement sur leur carrosserie des cellules photovoltaïques qui contribuent directement à leur donner un aspect visuel futuriste et écologique. Mais curieusement lorsqu’il s’agit de sortir le véhicule de série, ces cellules ne sont bien souvent plus proposées même en option. Vient alors la question du pourquoi jusqu’à ce que la Sion nous rappelle que c’est technologiquement possible à un prix très abordable.
Sion, la voiture connectée au soleil.
Mais est-ce réellement un choix intelligent financièrement et écologiquement ? Pour répondre à la question il faut passer en revue tous les paramètres qui influencent le rendement électrique et écologique d’une cellule photovoltaïque et vérifier qu’ils ne sont pas dégradés sur une automobile.
1) l’orientation et inclinaison idéales
Sur un toit d’habitation : sous nos latitudes c’est plein sud et une inclinaison de 30 à 40 degrés.
Sur une voiture : uniquement des cellules horizontales, verticales et certaines qui seront du côté opposé au soleil. La surface utile faisant réellement face à l’astre du jour est loin d’être idéale. Le rendement peut quasiment être divisé par 2 voire plus par rapport à des cellules placées sur un toit bien disposé. En fin d’article nous présentons des graphiques d’exposition qui détaillent ce calcul.
2) l’ombrage
Une cellule qui est à l’ombre ne produit quasi pas, est-ce vraiment une surprise ? Pour minimiser l’impact des ombrages elle doit être en hauteur ou située à un endroit vraiment dégagé et là, sur une voiture, on est très loin du compte. N’espérez pas obtenir le même résultat que sur le Solar Impulse ou le MS Turanor…
Sur un toit d’habitation : l’ombrage est connu (arbre, cheminée,…), limité (les cellules sont en hauteur) et maîtrisé. Les cellules sont placées en conséquence.
Sur une voiture : où peut-on garer sa voiture pour qu’elle puisse être exposée toute la journée en plein soleil (et flanc vers le sud) sans subir les ombrages (votre maison, l’immeuble d’en face, les arbres, les voitures voisines,…) ? En agglomération, pourtant le terrain de jeu préféré des VE, le potentiel d’un tel véhicule solaire ne pourra pas être correctement exploité à cause des multiples ombrages. Le stationnement dans votre garage devient impossible sous peine de rater des kWh.
3) la température des cellules
Contrairement à ce que la majorité des gens pensent, plus il fait chaud et moins une cellule PV est efficace. En hiver la puissance crête peut parfois être dépassée lors d’une journée froide et ensoleillée mais pas en été car les cellules chauffent beaucoup plus.
Sur un toit d’habitation : les panneaux sont placés en surimposition pour pouvoir être ventilés par le dessous.
Sur une voiture : la surimposition est impossible. Pour capter les précieux kWh pendant les plus belles journées d’été il faudra donc laisser la voiture en plein soleil (alors que la logique voudrait qu’elle reste à l’ombre) et sa température intérieure pourrait dépasser les 45 degrés. Ce qui n’est pas idéal pour le rendement des cellules. Il fera très chaud dans la voiture et l’air-conditionné pourrait être utilisé pour faire baisser la température de l’habitacle, ce qui ferait perdre une partie des kWh précieusement gagnés. Le fait de rouler donne par contre un avantage à la voiture au niveau refroidissement sauf qu’un véhicule est le plus souvent à l’arrêt.
4) la propreté des cellules
Sur un toit d’habitation : la pluie et la neige permettent de se limiter à un nettoyage annuel.
Sur une voiture : principalement gênant pour les cellules latérales qui devront être nettoyées régulièrement.
5) La gestion de l’excédent solaire
Sur un toit d’habitation : l’excédent solaire est injecté sur le réseau.
Sur une voiture : si la voiture n’est pas reliée au réseau, ne roule pas et que la batterie est déjà pleine il faudra stocker ou dissiper l’excédent PV et donc prévoir une capacité de batterie supplémentaire. Vu l’impact écologique actuel des batteries cela n’est pas un choix raisonnable.
6) L’amortissement écologique de la fabrication des panneaux
Sur un toit d’habitation : la durée de vie des panneaux peut atteindre 30 à 40 ans et leur avantage écologique est maximisé.
Sur une voiture : une auto a une durée de vie plus courte; 17 ans en moyenne mais sans doute plus pour un VE. La voiture, même électrique, reste néanmoins un objet de consommation très sensible à l’appel de la nouveauté et peu de gens accepteront de garder le même véhicule pendant 30 à 40 ans. En outre un accident signe l’arrêt de mort des cellules situées à proximité de l’impact. La durée de vie et donc de production des cellules nous semble donc plus courte si elles sont placées sur une automobile.
7) La surface nécessaire
Sur un toit d’habitation : la surface placée correspond à l’utilisation de l’habitation. Pour alimenter un véhicule électrique il faut compter environ 1 mètre carré de surface haut rendement et bien orientée par 1000 km parcourus annuellement (soit environ 200 kWh de production).
Sur une voiture : même entièrement couverte de cellules PV comme la Sion et dans le cas de figure très improbable où son utilisateur arrivait à optimiser au mieux tous les paramètres précités sans allumer l’air conditionné, les cellules du véhicules produiraient de quoi parcourir 30 km par jour lors d’une journée de plein soleil en été et en moyenne 13 km par jour sur l’année. De toute façon largement insuffisant pour répondre à la totalité des besoins en énergie d’un utilisateur moyen. Ceci nous rappelle qu’une voiture consomme énormément d’énergie pour se mouvoir et l’ineptie de déplacer une à deux tonnes pour transporter la plupart du temps une personne (charge utile 70 kg).
En résumé
Il est difficile d’extrapoler la différence de rendement global entre des cellules placées sur le toit d’une habitation et celles placées sur la voiture tant les cas de figure peuvent être variés. Mais en tenant compte objectivement de tous les facteurs précités le rendement global des cellules placés sur une voiture devrait être divisé par 2 dans le meilleur des cas de figure et par 5 voire plus dans le cas d’un conducteur peu consciencieux habitant en agglomération.
Si l’automobiliste désire investir dans du PV pour alimenter son VE en énergie propre il nous semble vraiment plus judicieux qu’il place des panneaux sur son habitation car les conditions seront bien plus adaptées qu’en plaçant des cellules PV directement sur la voiture. Si la surface de toit de l’habitation est insuffisante il y a toujours la possibilité de participer à un projet de coopérative citoyenne éolien ou photovoltaïque.
Si la vue des cellules sur le véhicule peut contribuer à donner une image plus verte du VE au grand public, tant mieux ! Nous saluons unanimement cette performance technologique sur la Sion. Mais cela ne doit pas, à notre sens, dépasser le stade du prototype. Nous sommes de féroces défenseurs autant du PV que du VE mais l’association des deux sur un véhicule de production est à l’heure actuelle un choix marketing qui pourrait tromper l’acheteur non averti en jouant sur sa fibre écolo. Nous ne sommes donc pas favorable à l’application de cette solution à grande échelle car la déception risque d’être grande tant les lois de la mécanique solaire sont implacables !
Les cellules photovoltaïques auront bientôt une place de choix sur la carrosserie des VE mais cela nous semble prématuré. Pour que cela devienne viable il faudrait que l’impact économique et écologique des cellules mais aussi des batteries baisse encore significativement. La carrosserie solaire arrivera tôt ou tard dans les catalogues d’options des grands constructeurs mais nous estimons crucial que cela se fasse via une information claire sur les conditions strictes à remplir pour garantir sa viabilité et réduire au maximum son impact environnemental.
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En annexes : pour les férus de trigonométrie voici les graphiques des pourcentages de surface réellement exposés au soleil en fonction de différentes conditions (orientation, inclinaison) pour un toit de maison idéalement orienté ainsi que pour les différentes parties de la carrosserie d’une voiture. Ils ont été obtenus à l’aide d’une feuille excel :
Le calcul trigonométrique est assez complexe vu le nombre de variables mais tient néanmoins compte :
- de la position du soleil (hauteur et orientation) sous nos latitudes à chaque heure de la journée (1 point par heure)
- de l’inclinaison de la cellule photovoltaïque (ex : vertical pour le flanc de la voiture, horizontale pour le toit de la voiture, inclinée pour le toit de la maison)
- de son orientation (ex : vers le soleil ou du côté opposé).
Facteurs (course soleil & position cellule PV) à prendre en compte pour l’élaboration de ces graphes
Notez que ces graphes ne tiennent pas compte :
- de la durée de l’ensoleillement mensuel moyen (200 heures en juin contre 45 heures en décembre)
- de la réflexion solaire sur les obstacles qui entourent la cellule (sol, maisons,…)
- de la température des cellules (voir influence dans l’article)
Ce sont donc les courbes correspondant aux mois de l’année les plus ensoleillés qui sont les plus importantes (rouge, oranges et jaunes).
Pour comparer les courbes entre 2 graphes il faut regarder la hauteur de celle-ci au zénith (le moment le plus propice à la production) mais aussi l’aire totale sous la courbe (la production totale sur une journée).
C’est sans conteste la situation idéale, la courbe rouge (juin), oranges (mai et juillet), jaunes (avril et août) mais aussi vertes (mars et septembre) de l’entre-saison flirtent toutes avec les 95% de surface exposée quand le soleil est au zénith. L’aire sous ces courbes est maximisée.
On voit directement que a surface plane de la voiture (toit et capot) perd entre 10 et 30% d’exposition au zénith pour les plus beaux mois de l’année par rapport au graphe précédent. L’aire totale sous la courbe rouge semble identique mais ne vous y trompez pas, au matin et au soir, lorsque le soleil est plus bas il y a de fortes chances pour que le véhicule soit à l’ombre d’un obstacle quelconque (ce qui n’est pas vrai pour un toit d’habitation). Pour les mois d’hiver la perte dépasse les 50%. Mais cela reste le moins mauvais endroit pour placer les cellules sur une voiture. Ce sont elles qui devraient générer le plus d’électricité notamment aussi car leur encrassement devrait être plus faible que pour celles situées près de la route.
Cette situation est idéale pour les mois d’hiver (quand le soleil est plus bas) mais malheureusement c’est pendant ces mois là que l’ensoleillement est le plus faible. Pour les plus beaux mois de l’année la perte se situe entre 30 et 70%.
Le flanc opposé sera à l’ombre toute la journée excepté au lever et au coucher du soleil pendant les mois proches du solstice d’été. Le rendement moyen des flancs de la voiture peut donc au minimum être divisé par 3 (sans compter les ombrages) par rapport à des panneaux placés sur un toit d’habitation.
