Benoit Liemans¹, Véronique Feldheim¹, Daniel Bougeard¹, Serge Russeil^1
⋆ : benoit.liemans@umons.ac.be
¹ Membre
Mots clés : convection, photovoltaïque, solaire, bâtiment performant ,turbulence, efficacité énergétique
Résumé :

Le rendement des panneaux photovoltaïques à base de cellules de silicium monocristallin est actuellement de l’ordre de 17 % et celui-ci se dégrade dès que la température des cellules dépasse les 25°C. Dès les années 70, des capteurs mixtes (solaires thermiques et photovoltaïques) sont étudiés et mis au point afin d’exploiter la partie de l’énergie solaire non convertie en électricité.

Depuis quelques années, de plus en plus d’études s’intéressent aux voies d’amélioration de ces capteurs. Nous pouvons citer entre autres le recours à la convection forcée de l’air, l’utilisation d’un fluide circulant dans un serpentin à l’arrière du panneau ou encore l’ajout d’ailettes mais celle qui nous intéresse est l’amélioration du coefficient d’échange entre l’air et l’arrière du panneau via l’utilisation d’ailettes génératrices de vortex.

Une étude de 2017 de A. Khanjian a montré que l’utilisation d’ailettes génératrices de vortex permettait sous certaines conditions une amélioration du nombre de Nusselt de l’ordre de 40 % pour les transferts de chaleur dans un conduit de section rectangulaire. Parallèlement, S. Chamoli a publié en 2018 une corrélation pour déterminer le Nusselt dans le chenal d’un capteur solaire thermique sur base de simulations dynamiques.

Cette communication est réalisée dans le cadre d’un projet qui consiste à étudier, modéliser et monitorer les interactions entre une installation photovoltaïque améliorée et un bâtiment énergétiquement performant afin d’optimiser l’utilisation des ressources renouvelables en fonction des besoins de ce dernier.

Nous avons développé et implémenté un modèle 1-D paramétrique d’un ensemble de panneaux photovoltaïques modifiés, nous permettant de pouvoir considérer l’ajout d’ailettes génératrices de vortex dans un canal de circulation de l’air à l’arrière des panneaux. Cet air peut être introduit dans le bâtiment au travers du système de ventilation.

Pour les besoins de la simulation, nous avons considéré que le bâtiment était composé de 2 bureaux d’une personne utilisés uniquement du lundi au vendredi de 7h à 18h et équipés d’une ventilation double flux avec récupération de chaleur et by-pass. Nous limitons notre étude aux besoins en chaleur et en froid, assurés par une pompe à chaleur air-air et aux besoins électriques des équipements de bureau.

L’article détaillera le résultat des simulations effectuées sur le système « bâtiment + capteurs » en mettant l’accent sur la sensibilité du modèle à différents paramètres tels que débit d’air, hauteur du chenal, inclinaison et orientation des panneaux, etc.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2022-060

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