Modélisation du problème

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1 Modélisation du problème
1er Colloque International sur les hydrocarbures, les Energies et l’Environnement HCEE 2014 Université des Sciences et de la Technologie Houari BOUMEDIENE «U. S. T. H. B » Laboratoire de Mécanique des Fluides Théorique et Appliquée « LMFTA » Étude caractéristique d’un capteur hybride de type photovoltaïque-thermique. M. E-A. SLIMANI, M. AMIRAT, S. BAHRIA Introduction 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. Modélisation du problème Fig. 1. Représentation schématique d’un capteur hybride à air Description du système 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. Rendement énergétique global Equations gouvernantes  Le capteur PV/T étant un système hybride, deux rendements énergétiques sont pris en compte: Le rendement électrique Le rendement thermique Le rendement globale Les transferts thermiques dans le capteur solaire sont régis par le système d’équations suivant : Données climatiques Résultats 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. 2: Evolution de l’éclairement et de la température ambiante au cours du temps. Fig. 3: Evolution de la vitesse du vent 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. Données météorologiques d’Alger pour la journée de juin 2013 (données expérimentales de la station météorologique du CDER-Bouzerriah). Fig. 7: Evolution de rendement globale du capteur hybride au cours du temps, pour différentes valeurs de vitesse d’air. Discussion Conclusion 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 °C vers 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 1 m/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 5 m/s, fig. 7). 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 à l’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.