La perte d’efficacité énergétique causée par l’augmentation de température est l’un des inconvénients principaux des panneaux photovoltaïques. En général, au-delà de 25 °C, ces modules ne fonctionnent plus de manière optimale. Une baisse de production allant jusqu’à 25 % peut y être observée. Afin de résoudre ce problème, plusieurs équipes de chercheurs se focalisent actuellement sur la recherche de la meilleure méthode de gestion thermique des panneaux PV et de récupération de la chaleur perdue. Cette nouvelle étude dirigée par l’Université australienne RMIT a notamment abouti au développement d’un système hybride embarquant des générateurs thermoélectriques (TEG), un panneau photovoltaïque-thermique (PVT) et un système de refroidissement à base de nanofluides. Cette technologie révolutionnaire aurait fourni d’excellentes performances lors des tests. Explications.
La configuration de ce système hybride PVT-TEG-NF
Ce dispositif comporte un panneau photovoltaïque polycristallin miniature d’une puissance de 10 W, seize TEG et huit échangeurs de chaleur en aluminium. Les échangeurs thermiques sont fixés à l’arrière du système et connectés en parallèle, avec une vitesse et une température d’entrée similaires. Grâce à cette conception, le gradient de température dans tous les TEG est maintenu presque uniforme. Les chercheurs ont aussi ajouté une isolation à l’arrière du panneau afin de limiter les déperditions thermiques et d’optimiser le fonctionnement des échangeurs de chaleur.
Le système de refroidissement employé
Trois différents types de fluides de refroidissement ont été étudiés par ces scientifiques. Il s’agit d’un nanofluide hybride CuO-Fe/W, d’un nanofluide unique CuO/W et de l’eau. Cette équipe a incorporé deux types de nanoparticules dans cette eau. L’une de ces nanoparticules effectuait un mouvement brownien, offrant ainsi un meilleur chemin thermique à l’autre et améliorant la conductivité thermique globale des nanofluides. Outre cela, les chercheurs ont utilisé une fraction volumique identique de 2 % pour le nanofluide hybride CuO-Fe/W et le nanofluide simple CuO/W. Ils ont recouru à l’oxyde de cuivre (CuO) et au fer (Fe), car ces produits sont facilement disponibles et moins coûteux.
L’utilisation d’un concentrateur de rayonnement solaire
Dans cette étude, les chercheurs ont également fait l’expérience d’ajouter un concentrateur de rayonnement solaire avec un faible rapport de concentration (<10X) au module PV polycristallin en silicone. Ce dernier présentait une perte de 0,4 % d’efficacité électrique par 1 °C de hausse de température. Il est à noter qu’il existe divers types de concentrateurs de rayonnement solaire, qui offrent des rapports de concentration faibles (<10X), moyens (entre 10X et 100X) ou élevés (>100X). Selon ce groupe de recherche, les concentrateurs paraboliques composés (CPC) et les concentrateurs solaires pyramidaux à auge en V (PVSC) conviennent mieux à cette expérience.
Les résultats de l’étude
La première partie de cette étude a démontré que l’utilisation du nanofluide hybride CuO-Fe/W permettait de maintenir à 31,7 °C la température photovoltaïque à une irradiation de 935 W/m2 durant l’été. Cette température est 8,8 % et 13 % moins élevée que celles observées en utilisant du CuO/W et de l’eau, respectivement. Les chercheurs ont également constaté que la puissance de sortie totale du système PV-TEG s’établissait à environ 9,5 W lorsque le CuO-Fe/W présente une vitesse d’entrée de 0,08 m/s. Son rendement combiné était de 76,7 %, contre 66,7 % si le système n’utilise que de l’eau comme fluide de refroidissement.
Dans la seconde étape de la recherche, l’équipe a exploré une autre approche pour garder le rendement énergétique du PV-TEG stable, tout en optimisant la concentration solaire. L’utilisation du CuO-Fe/W avec une vitesse d’entrée de 0,12 m/s a permis de maintenir la température photovoltaïque à 44,5 °C, avec une concentration solaire passant de 1 soleil à 2,5 soleils. En somme, le nanofluide hybride CuO-Fe/W semble prometteur en tant que liquide de refroidissement de ce système. Il a permis d’accroître la puissance de sortie du panneau PV de 65,9 % et celle des TEG de 187 %, tout en gardant un bon niveau de température. Plus d’informations : Sciencedirect.com. Que pensez-vous de cette découverte ? N’hésitez pas à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .
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