Une équipe saoudo-algérienne propose un nouveau système photovoltaïque-thermique

fr.wedoany.com Rapport : Le 30 octobre, des chercheurs saoudiens et algériens ont proposé un système photovoltaïque-thermique (PVT) combinant des canaux d'air en gradins et des ailettes en V perforées, qui améliore la dissipation thermique des modules photovoltaïques en optimisant le canal d'air à l'arrière des modules et la structure de refroidissement, sans nécessiter d'équipements motorisés externes tels que ventilateurs ou pompes. Les résultats de simulations de dynamique des fluides numérique montrent que ce système peut réduire la température de surface photovoltaïque de 9 K et atteindre une efficacité thermique maximale de 31 %, supérieure aux 29,4 % du système de référence.

La conception prévoit des canaux d'air en gradins à l'arrière du module photovoltaïque, avec deux entrées d'air et une sortie d'air. Des ailettes en V en aluminium, disposées en quinconce, sont installées dans les canaux et percées de trous de 5 mm de diamètre. Les canaux en gradins servent à perturber la couche limite d'air au voisinage de la surface chauffée, tandis que les ailettes perforées augmentent la capacité de transfert thermique par convection entre l'air et les ailettes en accroissant la surface d'échange, en favorisant le mélange de l'air et en créant une turbulence locale. Le système repose sur la flottabilité de l'air pour établir une ventilation naturelle, sans consommation d'énergie supplémentaire pour la circulation d'air.

L'équipe de recherche a établi un modèle numérique tridimensionnel avec ANSYS Fluent pour simuler un capteur d'air PVT de dimensions 2,4 m × 0,54 m et d'inclinaison 32°, en utilisant comme conditions de calcul les données d'irradiation solaire et de température ambiante d'une journée d'été ensoleillée dans la région de Ghardaïa, en Algérie, avec une irradiation solaire maximale de 995 W/m². Les résultats de simulation montrent que le système atteint une efficacité thermique maximale de 31 %, contre 29,4 % pour le système de référence ; l'efficacité électrique est de 14,8 %, contre 14,6 % pour le système de référence. La puissance thermique maximale du système est d'environ 400 W et la puissance électrique d'environ 180 W, la température de surface photovoltaïque étant réduite de 9 K par rapport au cas de référence.

L'étude a également estimé la rentabilité économique et les bénéfices environnementaux. Dans des conditions ensoleillées, la période de retour sur investissement du système est estimée à 5,8 ans, et à 7,2 ans dans des conditions nuageuses ; en considérant 10 modules par installation, le système permettrait de réduire les émissions d'environ 3,2 tonnes de dioxyde de carbone par an, soit environ 80 tonnes cumulées sur 25 ans, avec une période de retour énergétique de 0,86 an. Ces données proviennent des calculs du modèle de recherche ; les performances réelles devront encore être validées par des essais sur prototype et un fonctionnement à long terme.

L'article scientifique correspondant est intitulé « A computational investigation of a staircase-configured PVT air system with perforated V-shaped fins for passive cooling » et a été publié dans la revue « Ain Shams Engineering Journal ». La recherche a été menée avec la participation de chercheurs de l'Université islamique de Médine en Arabie saoudite, de l'Université de Ouargla en Algérie et du Centre de développement des énergies renouvelables.