THERMIQUE

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

Rendement des cellules photovoltaïques

Panneau solaire
Science photo/ Shutterstock

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.

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 :

– 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 (P_th = S_th + E_th) 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.

Conversion de l’énergie solaire en électricité
Encyclopædia Universalis France

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 électrique journalière de l’ordre de 1 kWh.m^—2.

— Bruno CHÉRON

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Écrit par

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

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Classification

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Médias

Flux thermique

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Énergie thermique

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Capacités calorifiques massives

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