Etude paramétrique de trois différentes configurations de capteurs solaires photovoltaïques thermiques (PV/T)

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Stéphane Desroches
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16 èmes Journées Inernaonales de ermque JIH 013 Marrakec Maroc, du 13 au 15 Novembre, 013 Eude paramérque de ros dérenes conguraons de capeurs solares poovolaïques ermques PV/ Oussama Rejeb, Moamed

1 16 èmes Journées Inernaonales de ermque JIH 013 Marrakec Maroc, du 13 au 15 Novembre, 013 Eude paramérque de ros dérenes conguraons de capeurs solares poovolaïques ermques PV/ Oussama Rejeb, Moamed Houcne Daou, bdelmajd Jemn Laboraore d Eudes des Ssèmes ermques e Energéque, Ecole Naonale d Ingéneurs de Monasr, Unversé de Monasr, Rue Ibn Eljazzar, Monasr 5019, unsa Oussamar009@omalr, daou_000n@aoor, bdelmajdjemn@enmrnun Résumé : Le capeur poovolaïque ermque perme de générer smulanémen de l énerge élecrque e ermque Il s ag d un capeur solare négran des cellules PV à un capeur solare ermque On se propose dans cee éude de mere en place d ouls éorques permean la compréenson e l opmsaon de ranser de la caleur dans dérenes conguraons géomérques de capeur PV/ es ouls servron pour déermner la melleure conguraon assuran la généraon des rendemens élecrque e ermque opmaux Pour cela, nous avons ms en équaons les ransers de la caleur dans les dérenes conguraons éudées La méode des volumes ns a éé adopée pour résoudre numérquemen les équaons régssan ces ransers Les résulas obenus meen en évdence l nluence de dérens paramères sur les perormances du capeur, noammen les paramères mééorologques e les paramères de onconnemen 1 Inroducon Le capeur solare brde poovolaïque ermque PV/ perme une melleure exploaon de l énerge solare e une améloraon de l énerge récupérée à la sore par uné de surace de capeur En ee, l énerge solare ncdene sur la surace du capeur es convere smulanémen en énerge élecrque e en énerge ermque Pluseurs éudes on éé menées dans ce cadre [1-4] Elles vsen à amélorer les perormances élecrques e ermques du capeur en suggéran des conguraons géomérques nnovanes es nnovaons cercen à amélorer les ransers enre le lude caloporeur e l'absorbeur Le bu de cee éude es d éuder dérenes conguraons en vue de remoner à celle assuran la généraon des melleurs rendemens élecrque e ermque Pour cela, nous avons ms en équaons les ransers dans un capeur solare brde PV/ Le ssème d équaons obenu es résolu numérquemen par la méode des volumes ns Le code éabl a perms d éuder l ee des dérens paramères de onconnemen sur les perormances d un capeur PV/ Descrpon du ssème Les dérenes conguraons consdérées dans cee éude son scémasées sur la gure 1 onguraon 1 onguraon onguraon 3 Fgure 1 : conguraons éudées des capeurs PV/

2 Le capeur de la premère conguraon se compose d une vre, d un module poovolaïque, d une plaque absorbane en cuvre e des ubes en cuvre soudés à la plaque absorbane Dans ces ubes crculen un lude caloporeur eau qu a pour rôle d évacuer la caleur récupérée par la plaque absorbane e rerodr les cellules PV Une couce de lane de verre es placée à l arrère du capeur pour mnmser les peres ermques arrère de l absorbeur e des ubes La deuxème conguraon dère de la premère au nveau de l absorbeur où le lude caloporeur crcule dans des canaux répars sur oue la surace absorbane Dans la rosème conguraon, la réssance ermque de l absorbeur a éé omse 3 Modèle maémaque Pour mere en équaons les écanges de la caleur dans un capeur PV/, nous avons adopé les poèses smplcarces suvanes : Les propréés ermo psques du lude caloporeur e des dérenes composanes du capeur son supposées consanes La empéraure d enrée de l eau dans le capeur es consdérée consane e que le déb d eau dans les ubes es unorme En consdéran ces poèses, les équaons régssan les ransers dans les composans du capeur PV/ à eau s écrven : g g g onguraon 1 onguraon onguraon 3 g Vre g g αv G ra, g sk g wnd g ra, g conv, g g k g g Module poovolaïque α G τv ra, g conv, g g E, k x ² ²,,,,,, k α G τv ra, g conv, g g E, k bsorbeur, p k αg τ v ra, g conv, g g, E, conv, k x ² ²

3 ube Dem bas de l absorbeur bsorbeur d, Pe, conv, d ²,, k, p, k,,, p, k d Pe d m k d m k Flude d m k Isolan,,, wnd, ², x x k, wnd, ², x x k La dscrésaon de ces équaons a éé eecuée par la méode de volumes ns, qu a l avanage d assurer la conservaon des lux Un mallage unorme es ulsé Pour résoudre le ssème d équaons dscrésées, nous avons applqué la méode érave d élmnaon de GUSS 3 Résulas e nerpréaons Pour valdé les résulas délvrés par nore code de calcul, nous avons comparé les rendemens élecrque e ermque renconrés dans la léraure à ceux ourns par nore code Un bon accord es observé gure

4 élecrque a Rendemen ermquerendemen b oecen du ranser ucve enre le PV e l absorbeur w/m²k oecen du ranser ucve enre le PV e l absorbeur w/m²k Fgure Varaon du rendemen en oncon du coecen de ranser enre les cellules PV e l absorbeur a : Rendemen élecrque, b : Rendemen ermque Une os valdé, ce code es ulsé pour eecuer une éude paramérque relave aux ros conguraons éudées Nous nous sommes néressés pour cela à éuder l ee de paramères de onconnemen e clmaque sur le rendemen élecrque e ermque du capeur PV/ Le lux solare ncden, la empéraure ane e la empéraure du cel son respecvemen xés à 800 W/m², 93 K e 77 K La gure 3 monre l évoluon des rendemens élecrques e ermques du capeur en oncon de la vesse du ven L augmenaon de la vesse enrane une augmenaon du rendemen élecrque e une dmnuon de celu ermque En ee, la ven enrane le rerodssemen de la empéraure de la vre ce qu provoque la dmnuon de la empéraure du onconnemen du module poovolaïque e par conséquence l augmenaon de son rendemen élecrque Par conre, l augmenaon de la vesse du ven enrane une augmenaon des peres ermques du capeur e provoque par conséquen la dmnuon du rendemen ermque On consae auss d après la gure 3 que les perormances ermques e élecrques de la rosème conguraon son supéreures à celles des conguraons 1 e Il es mporan de noer qu une dmnuon de la réssance ermque enre le module poovolaïque e le lude caloporeur provoque une améloraon du rendemen ermque e élecrque Rendemen élecrque a 3 1 Rendemen ermque b Vesse de ven m/s Vesse de ven m/s Fgure 3: Varaon du rendemen en oncon de la vesse de ven a Rendemen élecrque b Rendemen ermque Nous avons égalemen racé la varaon des rendemens élecrque e ermque en oncon du déb massque pour les dérenes conguraons gure 4 L augmenaon de déb u à une dmnuon de la empéraure de onconnemen du module poovolaïque e donc augmenaon de son rendemen élecrques Le rendemen ermque es oremen nluencé par le déb massque En ee, l augmenaon de déb u à une dmnuon de la empéraure de l absorbeur ce qu rédu les peres du capeur e par conséquen l augmenaon de son ecacé ermque De même, les perormances ermques e élecrques de la rosème conguraon es supéreur aux aures En ee, une dmnuon de la réssance ermque provoque la dmnuon de l écar de la empéraure enre module poovolaïque e le lude caloporeur donc l améloraon des rendemens ermque e élecrque

5 Rendemen élecrque a 1 Rendemen ermque b Déb massque kg/s Déb massque kg/s 4 oncluson Fgure 4 : Varaon du rendemen en oncon du déb massque a Rendemen élecrque, b Rendemen ermque Dans le bu de déermner la conguraon opmale assuran les melleurs rendemens élecrque e ermque, nous avons éabl un code smulan le onconnemen d un capeur PV/ Une éude paramérque a éé eecuée sur les ros conguraons psques de capeurs poovolaïques ermques Elle a perms de mere en évdence l nluence des dérens paramères sur les perormances du capeur, noammen le paramère clmaque vesse de ven, le paramère de onconnemen déb massque Les smulaons numérques permeen de rer les conclusons suvanes : La dmnuon de la réssance ermque enre le module poovolaïque e le lude caloporeur enrane l augmenaon de perormances élecrque e ermque Le rendemen élecrque augmene en oncon de la vesse du ven, par conre, celu ermque dmnue Les rendemens élecrque e ermque augmenen en oncon du déb massque Nomenclaure aleur spécque J/kgk k onducvé ermque W/mK G Flux solare W/m² m Déb massque kg/s Greek α bsorpon masse volumque kg/m 3 τ g ransmsson de verre Epasseur m ndce env g mben Envronmen Verre module PV Plaque absorbeur ube eau Isolan Dem au de l absorbeur Dem bas de l absorbeur ra conv radaon ucon convecon Réérences [1] J H Km and J Km, e expermenal perormance o an unglazed PV collecor w wo deren absorber pes, Inernaonal Journal o Pooenerg, vol 01, rcle ID 31168, 6 pages, 01 [] H Zondag, D W de Vres, W G J van Helden, R J van Zolngen, and van Seenoven, e eld o deren combned PV-ermal collecor desgns, Solar Energ, vol74, no 3, pp 53 69, 003 [3] ow, W He, and J J, Hbrd poovolac-ermo spon waer eang ssem or resdenal applcaon, SolarEnerg, vol 80, no 3, pp , 006 [4] Ibram, M Y Oman, M H Ruslan e al, Perormance o poovolac ermal collecor PV w deren absorbers desgn, WSES ransacons on Envronmen and Developmen, vol 5, no 3, pp , 009 [5] De Vres, D W, 1998, Desgn o a PV/ ermal comb panel, PDess Endoven Unvers o ecnolog, Endoven

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