Analyse des Performances Thermoélectriques d’un Capteur Solaire Hybride PV/T à Air : Influence du Nombre d’Ailettes et de la Vitesse d’écoulement

Cette étude a pour objectif d’optimiser les performances thermoélectriques des capteurs solaires hybrides photovoltaïques/thermiques (PV/T) à air. Elle analyse l’influence du nombre d’ailettes et de la vitesse du fluide caloporteur sur le refroidissement des cellules photovoltaïques et sur la récupération de l’énergie thermique. Un modèle mathématique basé sur des équations différentielles ordinaires (ODE) a été développé afin de décrire les phénomènes couplés de transfert thermique, massique et électrique au sein du capteur. Les simulations ont été réalisées sous Matlab, et le modèle a été validé expérimentalement sur un capteur PV/T à air à absorbeur à ailettes, conçu et instrumenté localement au Laboratoire des Procédés Thermiques du Centre de Recherches et des Technologies de l’Énergie (CRTEn) à Borj Cédria en Tunisie. Les résultats obtenus montrent que l'augmentation du nombre d'ailettes de 24 à 108 améliore significativement la puissance thermique récupérée, passant de 450 W à 650 W (gain de 44 %), ainsi que le rendement thermique, qui s'élève de 40 % à 60 %. De plus, le doublement de la vitesse de l'air (de 2 à 4 m/s) entraîne une augmentation de la puissance thermique de 56 % et du rendement thermique de 40 % à 54 %. Le rendement électrique varie entre 12 % (à midi) et 16 % (le matin et le soir). La présence d'ailettes, combinée à un écoulement d'air, ne dégrade donc pas les performances électriques. La température des cellules photovoltaïques diminue de 73 °C à 70 °C lorsque le nombre d'ailettes augmente et de 71 °C à 65 °C lorsque la vitesse de l'air est doublée. Enfin, la validation expérimentale du modèle numérique a montré une excellente concordance avec les résultats simulés, avec des écarts inférieurs à 5 %. Ces résultats ouvrent la voie à une optimisation prédictive des performances du capteur PV/T par des approches basées sur les réseaux de neurones.

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