M E A SLIMANI - Manifestations Univ Ouargla

Un capteur hybride PV/T est un système combiné, associant le solaire photovoltaïque et le solaire thermique dans un seul cadre. Il permet
de réaliser une production simultanée d’électricité et de chaleur; une cogénération d’énergie qui permet d’améliorer le rendement global du système.
Une étude spécifique a été consacrée à un tel système pour en réaliser une modélisation. Dans le cadre de cette étude un programme de simulation a été élaboré et
validé à travers des résultats expérimentaux relevés de diverses études.
La présente communication est consacrée à l’exposé de l’étude réalisée dans le but d’examiner les performances et les caractéristiques énergétiques électriques et
thermiques d’un capteur hybride PV/T.
Université des Sciences et de la Technologie Houari BOUMEDIENE «U. S. T. H. B »
Laboratoire de Mécanique des Fluides Théorique et Appliquée « LMFTA »
Introduction
Modélisation du problème
Étude caractéristique d’un capteur hybride de type
photovoltaïque-thermique.
M. E-A. SLIMANI, M. AMIRAT, S. BAHRIA
Le capteur hybride retenu dans le cadre de cette étude est basé sur l’utilisation d’un module photovoltaïque
monocristallin de type UDTS50. Il est composé essentiellement d’un module PV constitué de cellules
photovoltaïques surmontées d’une couche protectrice en verre et immergées dans une couche de polymère EVA
(Ethyléne-Vynil-Acétate), d’une couche protectrice en Tedlar en dessous des cellules PV, d’une conduite ou
lame d’air pour permettre au fluide caloporteur de véhiculer l’énergie thermique produite et d’un isolant pour
éviter les pertes thermiques latérales et arrière du capteur solaire hybride.
Fig. 1. Représentation schématique d’un capteur hybride à air
Les transferts thermiques dans le capteur solaire sont régis par le système d’équations suivant : Le capteur PV/T étant un système hybride, deux rendements
énergétiques sont pris en compte:
Le rendement électrique
Le rendement thermique
Le rendement globale
Equations gouvernantes Rendement énergétique global
Description du système
Fig. 4: Evolution des températures des composants du capteur
hybride au cours du temps. Fig. 6: Evolution de rendement thermique et de rendement
électrique du capteur hybride au cours du temps .
Fig. 5: Evolution des températures des cellules PV et de l’air en
sortie du capteur hybride au cours du temps.
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Temps (h)
Eclairement (W/m²)
Données clématiques
510 15 20
18
20
22
24
26
28
Temperature (°C)
Fig. 2: Evolution de l’éclairement et de la température ambiante
au cours du temps.
Fig. 7: Evolution de rendement globale du capteur hybride au
cours du temps, pour différentes valeurs de vitesse d’air.
Dans le cadre de cette communication nous avons exposé une
étude de modélisation d’un capteur hybride PV/T. Le modèle numérique développé à
partir de cette étude permet d’accéder àl’évaluation des différentes performances
électriques et thermiques du dispositif étudié (distributions de températures,
puissances et rendements électrique et thermique, effet de variation de vitesse de l’air,
etc.). Les résultats obtenus après exploitation du modèle réalisé et présentés dans cette
étude révèlent également l’importance de l’effet de certains paramètres et des
conditions de fonctionnement adoptées (température de ciel, température d'entrée du
fluide, températures des cellules PV, débit d’air, flux de rayonnement solaire incident)
sur les performances des capteurs hybrides. Le rendement globale de ce type de
capteur peut atteindre plus de 70%ce qui montre son efficacité élevée et sa valeur
importante comme un véritable système de cogénération.
Conclusion
1er Colloque International sur les hydrocarbures, les Energies et l’Environnement HCEE 2014
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00
15
20
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40
45
50
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60
65
Temps (h)
Température (°C)
Ta
Tv
TC
Tt
Tfs
Ti
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00
1.0
1,5
2.0
2,5
3.0
3,5
4.0
4,5
5.0
Temps (h)
Vitesse (m/s)
Données climatiques Résultats
Fig. 3: Evolution de la vitesse du vent au cours du temps.
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00
15
20
25
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65
Temps (h)
Températue (°C)
Tair
Tcellules
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Temps (h)
Rendement (%)
Elec
Ther
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0
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15
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70
75
Temps (h)
Rendement (%)
0,1 m/s
01 m/s
05 m/s
Discussion La figure 4 donne une évolution comparée entre les différentes
températures évaluées. Elle montre une conformité et une logique dans la distribution des
températures des éléments du capteur hybride. En effet, les températures de cellules et de
tedlar sont les plus élevées dans le capteur hybride et atteignent leur maximum 59 °Cvers
11h, tandis que la température de l’air en sortie du capteur atteint son maximum à une valeur
de 32 °C(fig. 5) pour une vitesse d’air de 1m/s, cette température dépend de plusieurs
paramètres tels que la vitesse du fluide caloporteur et l’épaisseur de la lame d’air. Les
évolutions au cours du temps des rendements électrique et thermique calculés montrent que
le rendement électrique se stabilise à environ 10,2 %, tandis que le rendement thermique
varie rapidement avec un maximum d’environ 13,7 % situé vers midi. Il s’annule aux
extrémités du jour. Le rendement énergétique global du système varie selon la relation
mentionnée ci-dessus. Il atteint des valeurs très importantes avec les vitesse les plus élevés
(70 % pour une vitesse de 5m/s, fig. 7).
Données météorologiques d’Alger pour la journée de
12 juin 2013 (données expérimentales de la station
météorologique du CDER-Bouzerriah).