THERMIQUE

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Étude d’un exemple : modélisation d’un capteur solaire hybride

Rendement des cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaïques convertissent le rayonnement en électricité. Leur rendement, qui, actuellement, peut atteindre 15 p. 100 à 20 0C, décroît lorsque la température augmente, à raison d’environ 4 à 5 p. 100 par 10 0C. Il est donc judicieux de refroidir la face arrière d’un panneau solaire pour optimiser la puissance électrique qu’il produit. L’énergie thermique récupérée peut être utilisée, par exemple, pour le séchage du foin dans un hangar agricole ou pour le chauffage d’un bâtiment HQE (haute qualité environnementale) ou à énergie positive. Pour optimiser le rendement global de ces panneaux hybrides, le débit du fluide caloporteur circulant le long de sa face arrière doit être asservi aux conditions d’éclairement solaire.

Panneau solaire

Panneau solaire

Photographie

Posés sur une toiture, fixés en haut d'un feu de signalisation ou regroupés en parc, les panneaux solaires fournissent chaleur et électricité grâce à une énergie inépuisable. 

Crédits : Science photo/ Shutterstock

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Modélisation du capteur solaire hybride

Un panneau solaire se présente sous la forme d’un ensemble de trois couches superposées de faible épaisseur – de 0,1 à 3 millimètres :

Panneau solaire

Panneau solaire

Dessin

Schéma d'un panneau photovoltaïque hybride (PPVH). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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– une plaque de verre (vitre) recevant le flux solaire ;

– une couche de cellules photovoltaïques régulièrement espacées ;

– un film plastique en fluorure de polyvinyle (Tedlar).

L’écriture du bilan thermique (Pth = Sth + Eth) de chacune de ces couches considérées comme isothermes conduit à un système d’équations linéaires. La résolution algébrique de ce système donne la température de ces trois couches, ainsi que les variations de la production électrique générée par les cellules en fonction de l’éclairement solaire.

Le gain de puissance électrique d’un panneau photovoltaïque hybride (PPVH) par rapport au panneau classique (PPV) isolé, ou simplement refroidi par convection naturelle sur sa face arrière, est important. En caractérisant l’évolution de l’éclairement solaire par une loi empirique, on peut prédire la puissance électrique instantanée produite par mètre carré de PPVH : on obtient, par exemple, pour un éclairement solaire zénithal égal à 1 200 Wm—2, une puissance maximale proche de 120 Wm—2 et une énergie électriqu [...]


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Flux thermique

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Énergie thermique

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Capacités calorifiques massives

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Conductivités thermiques

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Écrit par :

  • : professeur des Universités, enseignant-chercheur, UMR 6614 CNRS-CORIA

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Pour citer l’article

Bruno CHÉRON, « THERMIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 06 décembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/thermique/