Une université algérienne développe un système de refroidissement intelligent par aspersion d'eau, améliorant l'efficacité photovoltaïque de 28,8 % dans les régions arides

Une équipe de recherche de l'Université Kasdi Merbah en Algérie a développé un nouveau système de refroidissement intelligent par aspersion d'eau pour améliorer l'efficacité de production d'énergie des panneaux photovoltaïques dans les environnements arides. Mahmoud Bourouis, auteur correspondant, a déclaré au magazine pv : « L'innovation de cette recherche réside dans la conception d'un système de refroidissement intelligent par aspersion d'eau basé sur un contrôleur Arduino. Le système ne s'active que lorsque la température du panneau photovoltaïque dépasse un seuil prédéfini, ce qui contribue à améliorer l'efficacité énergétique et réduit considérablement la consommation d'eau, ce qui est particulièrement important pour les régions désertiques. » Cette recherche a été menée conjointement par des scientifiques de l'Université Kasdi Merbah (Algérie), de l'Université de Paris (France) et de l'Université Rovira i Virgili (Espagne).

L'équipe de recherche a testé le prototype de ce système dans une installation expérimentale au climat aride à Ouargla, une ville du nord-est du Sahara algérien. Les tests ont utilisé deux modules monocristallins identiques de 390 W, l'un équipé du système de refroidissement et l'autre servant de témoin. Le module refroidi pompait de l'eau depuis un réservoir de stockage à un débit de 3,5 litres/minute via un tuyau en PVC installé le long du bord supérieur du panneau. Le tuyau était équipé de neuf orifices de sortie de 3 mm de diamètre uniformément répartis, inclinés à un angle d'environ 40°.

Pendant huit jours de tests menés en juin et juillet 2024, le système a fonctionné en deux modes distincts : refroidissement continu et refroidissement intelligent. En mode intelligent, le refroidissement s'activait automatiquement lorsque la température de la surface arrière du module dépassait 41,5 °C et s'arrêtait lorsqu'elle tombait en dessous de 38,5 °C. Pendant la période de test, l'irradiance solaire à Ouargla variait entre 128,8 W/m² et 982 W/m², et la température ambiante oscillait entre 30 °C et 45 °C.

Mahmoud Bourouis a souligné : « Le système de refroidissement continu a augmenté la puissance de sortie du panneau photovoltaïque de 272,1 W à 350,5 W, réduisant la température du module de 58,6 °C à 36,7 °C, ce qui représente une amélioration d'efficacité de 28,8 %. » Le système de refroidissement intelligent a quant à lui augmenté la production d'électricité de 251 W à 337 W, abaissant la température du module de 56,1 °C à 35,7 °C. Le système intelligent a affiché une efficacité de refroidissement moyenne de 15,5 %, une consommation d'eau de 63,86 L/kWh, un temps de fonctionnement quotidien de la pompe de 75 minutes et une puissance de pompe de 30,6 W. En comparaison, le système de refroidissement continu présentait une efficacité similaire de 15,44 %, mais une consommation d'eau beaucoup plus élevée de 391,95 L/kWh, un temps de fonctionnement quotidien de la pompe de 450 minutes et une puissance de pompe de 183,6 W.

L'équipe de recherche a expliqué : « En termes de coût, la dépense annuelle en électricité pour le refroidissement intelligent est de 0,07020 €/W, inférieure à celle du refroidissement continu (0,07514 €/W) et du système sans refroidissement (0,07135 €/W). Les deux systèmes de refroidissement atténuent efficacement les effets négatifs des températures élevées sur l'efficacité des cellules photovoltaïques. Bien que la puissance absolue du refroidissement continu puisse être légèrement supérieure, les avantages du refroidissement intelligent en matière de coût, de consommation d'énergie et d'économie d'eau le rendent plus adapté aux conditions désertiques. » Ces résultats de recherche ont été publiés dans la revue « Applied Thermal Engineering ».