Etude comparative des corrélations qui régissent les échanges convectifs au sein du chenal d’un panneau aérovoltaïque

Benoit Liemans1^{1}, Véronique Feldheim1^{1}, Daniel Bougeard1^{1}, Serge Russeil1^{1}
⋆^{\star} : benoit.liemans@umons.ac.be
1^{1} Membre
Mots clés : convection forcée, Nusselt, panneau aéro-photovoltaïque, PV/T, chenal,
Résumé :

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

Dans le cadre de ce projet, la question suivante a été soulevée : « Les corrélations usuelles permettant de déterminer les échanges thermiques par convection via le calcul du nombre de Nusselt sont-elles adaptées en tant que telles pour étudier les transferts de chaleurs au sein d’un chenal d’un panneau aérovoltaïque? »

Bon nombre de ces corrélations ont été établies pour des conduites cylindriques et majoritairement pour des écoulements turbulents, quelques unes seulement envisagent le cas de températures de parois ou de flux asymétriques, comme c’est le cas dans un panneau solaire, mais encore une fois, celles-ci sont prévues pour des écoulements turbulents établis (e.g. les corrélations de Malik and Buelow et Tan and Charters).

Nous avons simulé avec le logiciel Star CCM+ l’écoulement de l’air dans un chenal soumis aux conditions de température et de flux solaire équivalentes à celles que subirait un panneau aérovoltaïque et en faisant varier le débit d’air de 15 à 360 m³/h de sorte à pouvoir établir notre propre relation du nombre Nusselt en fonction du nombre de Reynolds. Dans un premier temps, les rétrécissements de la hauteur du chenal à l’entrée et à la sortie de celui-ci dus à la présence du cadre du panneau photovoltaïque ont été négligés. Ils ont été intégrés dans la seconde campagne de simulations afin de disposer d’une corrélation correspondant à notre configuration réelle.

Nous comparons ensuite les corrélations obtenues avec celles de la littérature et l’impact du choix de ces dernières sur les productions électrique et calorique d’une installation PV/T simulée. Ensuite, des évolutions de ces panneaux avec des systèmes d’intensification sont envisagées pour améliorer les performances.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-102

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