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Photovoltaïque sur bâtiment

Quel bâtiment pour mon projet ?

Le photovoltaïque s’envisage le plus souvent sur un bâtiment possédant une toiture au sud, dégagée et d’un seul tenant. La gamme de puissances concernées peut être très large en fonction de la surface disponible, allant de quelques m2 à plusieurs hectares.

Si la configuration la plus classique et la plus favorable en termes d’exposition solaire reste la toiture, d’autres mises en œuvre existent. Les procédés d’intégration, autrement dit les systèmes de montage permettant d’accrocher les panneaux PV sur le bâtiment, sont très diversifiés. Ainsi, il est aussi bien possible d’équiper une toiture plate qu’inclinée, avec des produits différents selon l’élément de couverture (tuiles ou ardoises, bacs métalliques, étanchéité…) ou de façade considéré (parement, garde-corps, brise-soleil…).

En revanche, certaines caractéristiques du bâtiment auront un impact non négligeable sur la viabilité économique du projet, comme :

  • la dépose éventuelle de couvertures en fibre-ciment,
  • la résistance mécanique de la charpente inadaptée à la charge supplémentaire apportée par l’installation PV, de l’ordre de 15 à 20 kg/m2,
  • l’orientation défavorable ou l’ombrage des pans de toiture considérés,
  • les réglementations particulières applicables au bâtiment (établissements recevant du public…).

Principes de conception sur bâtiment

Les différentes types d'intégration au bâti

L’intégré au bâti fait référence aux systèmes photovoltaïques venant se substituer aux éléments vitrés ou opaques de l’enveloppe du bâtiment que sont la toiture et les façades ayant des fonctions d’étanchéité et de résistance aux charges mécaniques. Cette intégration fonctionnelle peut s’accompagner d’une intégration architecturale faisant appel à des notions d’esthétique (planéité, uniformité de teinte…) et se déclinant sous de multiples formes (toitures complètes, parements de façades, verrières, mur-rideaux, garde-corps…).

En France, l’intégration au bâti a fait partie de la politique d’incitation mise en place en France sur la dernière décennie, puis a été progressivement abandonnée pour aboutir, depuis le 1er octobre 2018, à un même niveau de rémunération de l’électricité photovoltaïque produite à partir d’un système BIPV ou BAPV en ce qui concerne l’obligation d’achat. Les projets entrant dans la catégorie des appels d’offres de la CRÉ n’impliquent pas le recours à l’intégration au bâti, sauf pour justifier d’une innovation technique dans le cas de l’appel d’offres Innovation.

Le photovoltaïque dans le projet de construction

L’intégration du photovoltaïque au bâtiment requiert une attention particulière à l’ensemble des problématiques auxquelles le projet devra faire face. Ainsi, une partie de la complexité technique du projet découlera d’exigences réglementaires, programmatiques et administratives liées au bâtiment.

 

PV_bati_complexite_E8_Batignolles_GausaRaveau_2011.pngLot E8 – ZAC Clichy-Batignolles – Paris 17e©Sodearif Cogedim/Gausa Raveau
Une surface dégagée globalement orientée Sud

Lorsque les panneaux photovoltaïques sont installés en toiture, leur orientation et leur inclinaison dépendent de la forme du bâtiment, ainsi que du mode d'accroche des panneaux. Ainsi, pour une production électrique équivalente, une toiture inclinée nécessitera moins de modules qu'une terrasse avec des modules installés à plat.

Tout au long du dimensionnement, le concepteur prendra soin :

  • de réserver des surfaces correctement exposées pour l’installation des modules photovoltaïques,
  • d’optimiser le rendement de l’installation,
  • de respecter les normes et règlements en vigueur.

Bâtiments de plus de 1000 m2

L'article L111-18-1 du code de l'urbanisme, modifié par la loi Climat Énergie du 8 novembre 2019, prévoit que les permis de construire des bâtiments d'emprise au sol supérieure à 1000 m2, devront intégrer, un procédé de production d'énergie renouvelable ou un système de végétalisation. Le photovoltaïque peut constituer une réponse à cette obligation. Si le permis de construire inclut également un parking, une partie ou la totalité du système photovoltaïque peut être installée sur des ombrières. Le procédé de production d'énergie renouvelable ou le système de végétalisation devra alors couvrir au moins 30 % de la surface totale des toitures et des ombrières créées.

Les constructions concernées par l'obligation sont les suivantes :

  • les nouvelles constructions soumises à une autorisation d'exploitation commerciale,
  • les nouvelles constructions de locaux à usage industriel ou artisanal, d'entrepôts, de hangars non ouverts au public faisant l'objet d'une exploitation commerciale,
  • les nouveaux parcs de stationnement couverts accessibles au public.
  • A quelle surface de modules photovoltaïque correspond 30 % de la surface des toitures et des ombrières créées ?
    • Quelle est la surface totale de mon projet à prendre en compte pour le calcul des 30% ?

    C'est l'emprise au sol telle que définie par la circulaire du 3 février 2012 relative à la surface de plancher et à l’emprise au sol. Elle correspond à la surface projetée verticalement par les nouvelles constructions, c'est à dire les bâtiments et les ombrières, mais pas les places de stationnement non couvertes. Par exemple, si l'emprise au sol est de 2000 m2, l'installation photovoltaïque devra couvrir au minimum 30% x 2000 m2 = 600 m2, répartis au choix sur la toiture du bâtiment et/ou sur les ombrières.

    • Comment déterminer la surface de mon installation photovoltaïque ?

    L'article L111-18-1 ne précise pas les modalités de calcul de la surface occupée par le système photovoltaïque : s'agit-il de la surface totale des panneaux ou de la surface projetée verticalement des panneaux installés ? C'est au service d'urbanisme de la commune d'en juger. Sans plus détail, il semblerait logique d'appliquer la même méthode que pour la détermination de l'emprise au sol des constructions, c'est à dire de considérer la surface projetée verticalement par l'installation photovoltaïque.

Dérogations pour certaines Industries Classées pour la Protection de l'Environnement (ICPE)

Certaines ICPE ne sont pas soumises à l'obligation d'installer un système de production d'énergie renouvelable ou un système de végétalisation sur 30 % de la surface. Les installations bénéficiant de cette dérogation sont classées aux titres suivants :   "1312, 1416, 1436, 2160, 2260-1 2311, 2410, 2565, les rubriques 27XX (sauf les rubriques 2715, 2720, 2750, 2751 et 2752), les rubriques 3260, 3460, les rubriques 35XX et les rubriques 4XXX".

Pour les autres ICPE, les conditions suivantes s'appliquent :

  • Le calcul des 30 % ne prend en compte que l'emprise au sol, hors surface occupée par les dispositifs de sécurité prescrits par le code de l'environnement ou par arrêtés préfectoraux,
  • L'obligation de s'applique pas si les dispositifs de sécurité occupent plus de 70 % de la toiture.
  • Les ombrières créées et séparées des bâtiments par un espace à ciel ouvert supérieur à 10 mètres sont prises en compte dans le calcul des 30 %.
Dernière Mise à jour : 27/03/2020
Article suivant Principes de conception sur bâtiment

Un bâtiment pourra accueillir différentes typologies de systèmes photovoltaïques, généralement divisées en deux catégories désignées sous les acronymes :

  • BIPV pour Building-Integrated Photovoltaics, dans lequel les installations photovoltaïques intégrées au bâti se substituent à des éléments de construction,
  • BAPV pour Building-Applied Photovoltaics, qui fait référence aux systèmes photovoltaïques rapportés sur bâtiment à la manière d’équipements techniques et qui n’ont pas de double fonction. 
Differents_types_integration_SUPSI_2011Différents types d’intégration©SUPSI, Swiss BIPV Competence Centre

Plus d’informations techniques sur le BIPV sont disponibles dans les publications du groupe d’experts internationaux de la tâche 15 du programme sur les systèmes photovoltaïques de l’Agence Internationale de l’Énergie. En langue française, vous pouvez aussi vous reporter au site internet du SUPSI qui propose une base de données des produits intégrés.

La règlementation et les règles de l’art à respecter pour la mise en œuvre de tels systèmes sont détaillées dans la section « Réaliser son Installation ».

Estimation de la puissance

Dès lors qu’une opération de rénovation ou de construction neuve inclut un système photovoltaïque, il est utile de définir rapidement la puissance attendue, pouvant découler de la surface disponible, de la quantité d’énergie que le maître d’ouvrage souhaite produire ou de sa capacité d’investissement.

Pour une même mise en œuvre, la densité de puissance de l’installation varie selon le rendement des modules choisis.

 

  Puissance surfacique

Toiture inclinée

modules parallèles au rampant

130 – 180 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules à plat

115 à 145 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules sur châssis inclinés à 30°

60 à 80 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules sur châssis inclinés à 10° et orientés Est/Ouest

140 à 180 Wc/m2 de toiture dégagée

Puissance surfacique en fonction de la technologie utilisée pour des modules de 250 à 320 Wc (Source HESPUL)

La surface de toiture dégagée représente la surface d'implantation des modules, hors encombrement particulier, cheminements ou ombrages autres que ceux d'une rangée de modules sur l'autre.

Ouvrages de référence sur le BIPV

  • Prasad, D., Snow, M. : Designing with Solar Power : A Source Book for Building Integrated Photovoltaics (BIPV), Earthscan, London 2005, ISBN 1-844071-47-2.
  • Sun and architecture, Examples and design guidelines for architects, October 2000, Novem 2ZNTh 00.08
  • Building Integrated Photovoltaics : a handbook by Simon Roberts, Nicolo Guariento, Springer, 2009
  • Eiffert, P., Kiss, G.J. : Building-Integrated Photovoltaic ; Designs for Commercial and Institutional Structures - A Sourcebook for Architects, 2000
Dernière Mise à jour : 27/03/2020
Article précédent Quel bâtiment pour mon projet ?
Article suivant Le photovoltaïque dans le projet de construction

À quel moment prendre en compte le photovoltaïque ?

Dans la mesure où le photovoltaïque amène une fonctionnalité supplémentaire au bâtiment, la gestion globale de la toiture devient une nécessité en phase de conception.
La construction ou la rénovation de toiture du bâtiment représentent une opportunité pour réaliser une installation photovoltaïque, car elles permettent une préparation du support optimale.

Dans le cas du neuf, l’architecte pensera la volumétrie de son bâtiment dès l’esquisse en tenant compte de l’exposition solaire de ses toitures ou de ses façades. Sur des bâtiments complexes, cette question de l’exposition peut se révéler problématique si elle n’est pas traitée en amont. Lorsque les « surfaces captantes » ne sont identifiées que tardivement, elles prennent place sur les pans de toiture laissés libres, parfois mal orientés ou ombragés.

  • Pour maximiser la puissance de l'installation et privilégier un fonctionnement optimal, la dimension architecturale du système photovoltaïque, puisqu'elle concerne l'aspect extérieur du bâtiment, doit être prise en compte très tôt, au moment de la définition des volumes.

En rénovation, il s’agira d’identifier les surfaces dédiées au photovoltaïque parmi les toitures et parois présentes. La solution technique retenue devra s’accommoder de l’existant : l’expression architecturale y sera contrainte mais pourra se traduire par le développement de solutions innovantes.

  • Comme en neuf, le photovoltaïque sur bâtiment s'envisage dès le démarrage du projet de rénovation, afin d'assurer un bon niveau d'ensoleillement à la future installation et d'anticiper les contraintes de mise en œuvre.

Le règlement d’urbanisme (PLU, POS ou carte communale)

Tout comme le bâtiment, l’installation photovoltaïque devra respecter les règles d’urbanisme (articles 10, 11 et 15 du règlement local) relatives :

  • au gabarit-enveloppe et à la hauteur maximale des constructions,
  • à l’aspect extérieur des ouvrages, en particulier si le bâtiment est situé dans une zone protégée (AVAP, périmètre de protection des monuments historiques, parc national…)
  • aux obligations en matière de performance énergétique et environnementale.

Sur ces points-là, les collectivités en charge des documents d’urbanisme peuvent faciliter l’installation de systèmes photovoltaïques, d’une part en autorisant un dépassement du gabarit-enveloppe pour les équipements utilisant les énergies renouvelables, et d’autre part en étant attentives aux dispositions relatives aux zones protégées, afin de ne pas exclure la technologie photovoltaïque a priori.

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Photovoltaïque sur bâtiment

Quel bâtiment pour mon projet ?

Le photovoltaïque s’envisage le plus souvent sur un bâtiment possédant une toiture au sud, dégagée et d’un seul tenant. La gamme de puissances concernées peut être très large en fonction de la surface disponible, allant de quelques m2 à plusieurs hectares.

Si la configuration la plus classique et la plus favorable en termes d’exposition solaire reste la toiture, d’autres mises en œuvre existent. Les procédés d’intégration, autrement dit les systèmes de montage permettant d’accrocher les panneaux PV sur le bâtiment, sont très diversifiés. Ainsi, il est aussi bien possible d’équiper une toiture plate qu’inclinée, avec des produits différents selon l’élément de couverture (tuiles ou ardoises, bacs métalliques, étanchéité…) ou de façade considéré (parement, garde-corps, brise-soleil…).

En revanche, certaines caractéristiques du bâtiment auront un impact non négligeable sur la viabilité économique du projet, comme :

  • la dépose éventuelle de couvertures en fibre-ciment,
  • la résistance mécanique de la charpente inadaptée à la charge supplémentaire apportée par l’installation PV, de l’ordre de 15 à 20 kg/m2,
  • l’orientation défavorable ou l’ombrage des pans de toiture considérés,
  • les réglementations particulières applicables au bâtiment (établissements recevant du public…).
Une surface dégagée globalement orientée Sud

Lorsque les panneaux photovoltaïques sont installés en toiture, leur orientation et leur inclinaison dépendent de la forme du bâtiment, ainsi que du mode d'accroche des panneaux. Ainsi, pour une production électrique équivalente, une toiture inclinée nécessitera moins de modules qu'une terrasse avec des modules installés à plat.

Tout au long du dimensionnement, le concepteur prendra soin :

  • de réserver des surfaces correctement exposées pour l’installation des modules photovoltaïques,
  • d’optimiser le rendement de l’installation,
  • de respecter les normes et règlements en vigueur.

Bâtiments de plus de 1000 m2

L'article L111-18-1 du code de l'urbanisme, modifié par la loi Climat Énergie du 8 novembre 2019, prévoit que les permis de construire des bâtiments d'emprise au sol supérieure à 1000 m2, devront intégrer, un procédé de production d'énergie renouvelable ou un système de végétalisation. Le photovoltaïque peut constituer une réponse à cette obligation. Si le permis de construire inclut également un parking, une partie ou la totalité du système photovoltaïque peut être installée sur des ombrières. Le procédé de production d'énergie renouvelable ou le système de végétalisation devra alors couvrir au moins 30 % de la surface totale des toitures et des ombrières créées.

Les constructions concernées par l'obligation sont les suivantes :

  • les nouvelles constructions soumises à une autorisation d'exploitation commerciale,
  • les nouvelles constructions de locaux à usage industriel ou artisanal, d'entrepôts, de hangars non ouverts au public faisant l'objet d'une exploitation commerciale,
  • les nouveaux parcs de stationnement couverts accessibles au public.
  • A quelle surface de modules photovoltaïque correspond 30 % de la surface des toitures et des ombrières créées ?
    • Quelle est la surface totale de mon projet à prendre en compte pour le calcul des 30% ?

    C'est l'emprise au sol telle que définie par la circulaire du 3 février 2012 relative à la surface de plancher et à l’emprise au sol. Elle correspond à la surface projetée verticalement par les nouvelles constructions, c'est à dire les bâtiments et les ombrières, mais pas les places de stationnement non couvertes. Par exemple, si l'emprise au sol est de 2000 m2, l'installation photovoltaïque devra couvrir au minimum 30% x 2000 m2 = 600 m2, répartis au choix sur la toiture du bâtiment et/ou sur les ombrières.

    • Comment déterminer la surface de mon installation photovoltaïque ?

    L'article L111-18-1 ne précise pas les modalités de calcul de la surface occupée par le système photovoltaïque : s'agit-il de la surface totale des panneaux ou de la surface projetée verticalement des panneaux installés ? C'est au service d'urbanisme de la commune d'en juger. Sans plus détail, il semblerait logique d'appliquer la même méthode que pour la détermination de l'emprise au sol des constructions, c'est à dire de considérer la surface projetée verticalement par l'installation photovoltaïque.

Dérogations pour certaines Industries Classées pour la Protection de l'Environnement (ICPE)

Certaines ICPE ne sont pas soumises à l'obligation d'installer un système de production d'énergie renouvelable ou un système de végétalisation sur 30 % de la surface. Les installations bénéficiant de cette dérogation sont classées aux titres suivants :   "1312, 1416, 1436, 2160, 2260-1 2311, 2410, 2565, les rubriques 27XX (sauf les rubriques 2715, 2720, 2750, 2751 et 2752), les rubriques 3260, 3460, les rubriques 35XX et les rubriques 4XXX".

Pour les autres ICPE, les conditions suivantes s'appliquent :

  • Le calcul des 30 % ne prend en compte que l'emprise au sol, hors surface occupée par les dispositifs de sécurité prescrits par le code de l'environnement ou par arrêtés préfectoraux,
  • L'obligation de s'applique pas si les dispositifs de sécurité occupent plus de 70 % de la toiture.
  • Les ombrières créées et séparées des bâtiments par un espace à ciel ouvert supérieur à 10 mètres sont prises en compte dans le calcul des 30 %.

Principes de conception sur bâtiment

Les différentes types d'intégration au bâti

L’intégré au bâti fait référence aux systèmes photovoltaïques venant se substituer aux éléments vitrés ou opaques de l’enveloppe du bâtiment que sont la toiture et les façades ayant des fonctions d’étanchéité et de résistance aux charges mécaniques. Cette intégration fonctionnelle peut s’accompagner d’une intégration architecturale faisant appel à des notions d’esthétique (planéité, uniformité de teinte…) et se déclinant sous de multiples formes (toitures complètes, parements de façades, verrières, mur-rideaux, garde-corps…).

En France, l’intégration au bâti a fait partie de la politique d’incitation mise en place en France sur la dernière décennie, puis a été progressivement abandonnée pour aboutir, depuis le 1er octobre 2018, à un même niveau de rémunération de l’électricité photovoltaïque produite à partir d’un système BIPV ou BAPV en ce qui concerne l’obligation d’achat. Les projets entrant dans la catégorie des appels d’offres de la CRÉ n’impliquent pas le recours à l’intégration au bâti, sauf pour justifier d’une innovation technique dans le cas de l’appel d’offres Innovation.

Un bâtiment pourra accueillir différentes typologies de systèmes photovoltaïques, généralement divisées en deux catégories désignées sous les acronymes :

  • BIPV pour Building-Integrated Photovoltaics, dans lequel les installations photovoltaïques intégrées au bâti se substituent à des éléments de construction,
  • BAPV pour Building-Applied Photovoltaics, qui fait référence aux systèmes photovoltaïques rapportés sur bâtiment à la manière d’équipements techniques et qui n’ont pas de double fonction. 
Differents_types_integration_SUPSI_2011Différents types d’intégration©SUPSI, Swiss BIPV Competence Centre

Plus d’informations techniques sur le BIPV sont disponibles dans les publications du groupe d’experts internationaux de la tâche 15 du programme sur les systèmes photovoltaïques de l’Agence Internationale de l’Énergie. En langue française, vous pouvez aussi vous reporter au site internet du SUPSI qui propose une base de données des produits intégrés.

La règlementation et les règles de l’art à respecter pour la mise en œuvre de tels systèmes sont détaillées dans la section « Réaliser son Installation ».

Estimation de la puissance

Dès lors qu’une opération de rénovation ou de construction neuve inclut un système photovoltaïque, il est utile de définir rapidement la puissance attendue, pouvant découler de la surface disponible, de la quantité d’énergie que le maître d’ouvrage souhaite produire ou de sa capacité d’investissement.

Pour une même mise en œuvre, la densité de puissance de l’installation varie selon le rendement des modules choisis.

 

  Puissance surfacique

Toiture inclinée

modules parallèles au rampant

130 – 180 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules à plat

115 à 145 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules sur châssis inclinés à 30°

60 à 80 Wc/m2 de toiture dégagée

Toiture plate

modules sur châssis inclinés à 10° et orientés Est/Ouest

140 à 180 Wc/m2 de toiture dégagée

Puissance surfacique en fonction de la technologie utilisée pour des modules de 250 à 320 Wc (Source HESPUL)

La surface de toiture dégagée représente la surface d'implantation des modules, hors encombrement particulier, cheminements ou ombrages autres que ceux d'une rangée de modules sur l'autre.

Ouvrages de référence sur le BIPV

  • Prasad, D., Snow, M. : Designing with Solar Power : A Source Book for Building Integrated Photovoltaics (BIPV), Earthscan, London 2005, ISBN 1-844071-47-2.
  • Sun and architecture, Examples and design guidelines for architects, October 2000, Novem 2ZNTh 00.08
  • Building Integrated Photovoltaics : a handbook by Simon Roberts, Nicolo Guariento, Springer, 2009
  • Eiffert, P., Kiss, G.J. : Building-Integrated Photovoltaic ; Designs for Commercial and Institutional Structures - A Sourcebook for Architects, 2000
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Le photovoltaïque dans le projet de construction

L’intégration du photovoltaïque au bâtiment requiert une attention particulière à l’ensemble des problématiques auxquelles le projet devra faire face. Ainsi, une partie de la complexité technique du projet découlera d’exigences réglementaires, programmatiques et administratives liées au bâtiment.

 

PV_bati_complexite_E8_Batignolles_GausaRaveau_2011.pngLot E8 – ZAC Clichy-Batignolles – Paris 17e©Sodearif Cogedim/Gausa Raveau

À quel moment prendre en compte le photovoltaïque ?

Dans la mesure où le photovoltaïque amène une fonctionnalité supplémentaire au bâtiment, la gestion globale de la toiture devient une nécessité en phase de conception.
La construction ou la rénovation de toiture du bâtiment représentent une opportunité pour réaliser une installation photovoltaïque, car elles permettent une préparation du support optimale.

Dans le cas du neuf, l’architecte pensera la volumétrie de son bâtiment dès l’esquisse en tenant compte de l’exposition solaire de ses toitures ou de ses façades. Sur des bâtiments complexes, cette question de l’exposition peut se révéler problématique si elle n’est pas traitée en amont. Lorsque les « surfaces captantes » ne sont identifiées que tardivement, elles prennent place sur les pans de toiture laissés libres, parfois mal orientés ou ombragés.

  • Pour maximiser la puissance de l'installation et privilégier un fonctionnement optimal, la dimension architecturale du système photovoltaïque, puisqu'elle concerne l'aspect extérieur du bâtiment, doit être prise en compte très tôt, au moment de la définition des volumes.

En rénovation, il s’agira d’identifier les surfaces dédiées au photovoltaïque parmi les toitures et parois présentes. La solution technique retenue devra s’accommoder de l’existant : l’expression architecturale y sera contrainte mais pourra se traduire par le développement de solutions innovantes.

  • Comme en neuf, le photovoltaïque sur bâtiment s'envisage dès le démarrage du projet de rénovation, afin d'assurer un bon niveau d'ensoleillement à la future installation et d'anticiper les contraintes de mise en œuvre.

Le règlement d’urbanisme (PLU, POS ou carte communale)

Tout comme le bâtiment, l’installation photovoltaïque devra respecter les règles d’urbanisme (articles 10, 11 et 15 du règlement local) relatives :

  • au gabarit-enveloppe et à la hauteur maximale des constructions,
  • à l’aspect extérieur des ouvrages, en particulier si le bâtiment est situé dans une zone protégée (AVAP, périmètre de protection des monuments historiques, parc national…)
  • aux obligations en matière de performance énergétique et environnementale.

Sur ces points-là, les collectivités en charge des documents d’urbanisme peuvent faciliter l’installation de systèmes photovoltaïques, d’une part en autorisant un dépassement du gabarit-enveloppe pour les équipements utilisant les énergies renouvelables, et d’autre part en étant attentives aux dispositions relatives aux zones protégées, afin de ne pas exclure la technologie photovoltaïque a priori.

Article précédent Principes de conception sur bâtiment
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