Letteratura scientifica selezionata sul tema "Panneaux solaires hybrides"

Le capteur hybride photovoltaïque/thermique (PV/T) convertit l’énergie solaire en chaleur et en électricité. Les avantages de combiner un collecteur thermique et un module PV dans un seul capteur sont l’augmentation de l’efficacité totale de la conversion d’énergie solaire et l’uniformité architecturale dans le cas d’utilisation sur un toit. Les coûts seraient également réduits, comparés aux deux systèmes (photovoltaïque et thermique) séparément installés. Nous présenterons dans cet article, une étude de simulation numérique sur le comportement thermique des capteurs hybrides à travers l’élaboration de la cartographie thermique du capteur hybride photovoltaïque thermique. La combinaison d’un capteur thermique et d’un panneau photovoltaïque dans un seul capteur permet l’augmentation de l’efficacité de la conversion totale de l’énergie solaire. Un effet de synergie peut être obtenu dans une structure associant ces deux dispositifs de façon judicieuse à ceux du système photovoltaïque et thermique séparément installés. Les résultats obtenus permettent de dire que le panneau photovoltaïque est un générateur d’énergie calorifique qui peut être exploité pour chauffer de l’eau, ou pour préchauffer l’espace, ou bien encore l’associer avec une pompe à chaleur pour la climatisation.

Le niveau de vie a augmenté la demande mondiale d'énergie et la consommation d'énergie fossile est considérée comme le principal facteur de l'augmentation de la température mondiale. Les énergies renouvelables sont l'un des principaux domaines d'intérêt des gouvernements de presque tous les pays. L'énergie solaire est propre et la source d'énergie la plus abondante disponible dans le monde et un système photovoltaïque thermique (PV-T) utilise l'énergie solaire et fournit en même temps de la chaleur et de l'électricité à faible émission de carbone. Différents moyens d'extraction de chaleur, des configurations de conception hybrides et les principales applications des collecteurs PV-T hybrides sont abordés pour mettre en évidence leur faisabilité et leur utilité. L'objectif de ce travail de thèse est la modélisation, la conception, l'optimisation et le contrôle d'un collecteur PV-T hybride. La modélisation des différentes configurations de collecteurs hybrides PV-T a été réalisée et étudiée en détail. Cela nécessite une étude approfondie des transferts de chaleur entre les composants du collecteur, l'approche proposée est basée sur une technique de graphe de liaison qui est un outil générique et général pour représenter les transferts thermiques. Une véritable application d'ingénierie, un séchoir solaire basé sur le collecteur PV-T et la récupération de la chaleur perdue ainsi que la recirculation de l'air est également étudiée. La thèse présente une nouvelle conception d'un collecteur PV-T qui intègre un réservoir de stockage de la chaleur ainsi qu'une résistance électrique pour augmenter la production thermique lorsque cela est nécessaire. La simulation numérique de la dynamique des fluides d'un système et la validation ultérieure de la conception proposée sont ensuite présentées. Cette étude porte également sur l'évaluation de l'influence des paramètres géométriques internes. Les résultats obtenus permettent d'analyser l'utilité du design proposé et d'en valider la viabilité. L'optimisation de tels systèmes est importante afin d'obtenir un rendement maximal : le plus d'énergie possible à moindre coût et cela nécessite d'analyser l'effet de divers paramètres. La plage de température du collecteur doit être contrôlée et les modèles développés sont appliqués à des fins de contrôle et d'observation. La température de sortie a été contrôlée à l'aide d'une variété de contrôleurs qui sont : un contrôleur PI simple, un contrôleur H-infinity et un contrôleur à mode glissant. De plus, un modèle multiple est construit et un observateur est conçu pour estimer les états du modèle multiple. Un observateur d'état avec une entrée inconnue est également développé, une amélioration de la conception. Il a été démontré que les contrôleurs conçus suivent les points de consigne souhaités et que les observateurs proposés estiment les états du collecteur, affichant ainsi l'efficacité. Enfin, le collecteur thermique PV-T a été modélisé en utilisant un réseau de neurones artificiels et utilisé à des fins de contrôle
The standard of living has risen the global energy demand and fossil fuel energy usage is considered the main factor for the rise in global temperature. Renewable energy has been one of the main areas of interest by governments of nearly all countries. Solar energy is clean and the most abundant energy source available around the globe and a photovoltaic thermal (PV-T) system uses solar energy and provides heat and low carbon electricity at the same time. Different heat extraction mediums, hybrid design configurations and the main applications of PV-T collectors are addressed to highlight their feasibility and usefulness. The focus of this thesis work is the modeling, design, optimization, and control of a hybrid PV-T collector. The modeling of the different configurations of hybrid PV-T collectors was conducted and studied in detail. It requires a thorough study of heat transfer between the collector's components and the proposed approach is based on a bond graph technique which is a generic and general tool to represent thermal transfers. A real engineering application, a solar dryer based on the PV-T collector and waste heat recovery along with air recirculation is also investigated. The thesis presents a new design of a PV-T collector that incorporates a storage tank to store heat as well as an electrical resistance to increase thermal production when necessary. Computational fluid dynamics (CFD) simulation of a system and the subsequent validation of the proposed design are then presented. This study also focuses on assessing the influence of internal geometrical parameters. The achieved results permit to analyze the usefulness of the proposed design and validate the viability. Optimization of such systems is highly important in order to get maximum output that is the most energy with lower cost and this requires analyzing the effect of various parameters. The temperature range of the collector must be controlled and the developed models are applied for the purpose of control and observation. The output temperature was controlled using a variety of controllers that are; a simple PI controller, H-infinity controller and sliding mode controller (SMC). Moreover, a multiple model is constructed and an observer is designed for estimating the states of the multiple model. A state observer with an unknown input is also developed, an improvement in the design. It was shown that the designed controllers track the desired set points and the proposed observers estimate the states of the collector, thus displaying the effectiveness. Finally, the hybrid PV-T collector was modeled by using artificial neural network (ANN) and also used for the purpose of control

Les besoins énergétiques du monde entier augmentent de plus en plus et parmi les sources en énergie renouvelable, l'énergie solaire connaît actuellement un très fort développement. Une des voies en énergie solaire est la filière utilisant des panneaux solaires hybrides qui produisent à la fois de l'électricité et de la chaleur. Le marché des capteurs hybrides en présence ou non de concentrateur et leurs caractéristiques sont présentés. Dans la thèse, on a étudié un capteur hybride associé avec un concentrateur holographique du rayonnement solaire. Ce concentrateur permet de séparer la partie visible utilisée par les cellules photovoltaïques de celle infrarouge, absorbée par l'échangeur thermique. Les différents éléments du capteur et leur fonctionnement sont décrits. Les caractéristiques du capteur et son efficacité dépendent des paramètres optiques et thermiques de ses éléments. Ces paramètres (facteurs de transmission, de réflexion, d'absorption, émissivité) ont été déterminés expérimentalement (CERTES IUT Sénart, CEMHTI Orléans, Université Blaise Pascal Clermont-Ferrand). Les résultats obtenus ont été utilisés dans une modélisation stationnaire et monodimensionnelle des échanges thermiques pour deux configurations différents (avec deux plaques en polycarbonate et avec une plaque en polycarbonate et une lame d'air). La modélisation introduit les effets radiatifs, conductifs et l'absorption du rayonnement en volume. Les profils thermiques et les rendements électriques et thermiques obtenus montrent l'efficacité d'un capteur solaire hybride avec concentrateur holographique
The energy requirements worldwide are increasing more and among renewable energy sources, solar energy is exhibiting a very strong growth. Solar hybrid panels that produce both electricity and heat is currently a very promising way. The market for hybrid solar panel with and without concentrator and their characteristics are presented. In the thesis, a hybrid solar panel associated with a holographic concentrator solar radiation is studied. This concentrator separates the visible range used in the photovoltaic cells of the infrared range absorbed by the heat exchanger. The elements of the panel are described. The sensor characteristics and effectiveness depend on the optical and thermal parameters of its elements. These parameters (transmission factors, reflection, absorption, emissivity) were determined experimentally (CERTES IUT Sénart, CEMHTI Orleans, University Blaise Pascal Clermont-Ferrand). The results were obtained in a stationary and dimensional modelling heat exchanges for two different configurations (with two polycarbonate plates with a polycarbonate plate and an air). The model introduces radiative effects, conduction and radiation absorption by volume. The thermal profiles, and electrical and thermal efficiencies obtained show the effectiveness of a hybrid solar collector with holographic concentrator

Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique, le bâtiment est un secteur stratégique du fait de sa forte consommation de chaleur et d’électricité. Le solaire, thermique et photovoltaïque, a de forts atouts pour répondre à cet enjeu avec une compétitivité qui s’accélère. En particulier, le solaire hybride PVT est prometteur avec un double gain : l’extraction de la chaleur sous le module photovoltaïque apporte à la fois un gain de rendement électrique, et un gain de par l’utilisation de cette chaleur pour les besoins du bâtiment. L’état de l’art permet de toucher du doigt la diversité des concepts de solaire hybride, et le PVT plan non survitré à eau a été retenu dans cette thèse. Pour faire face à des problématiques de durabilité et de performance, DualSun a conçu un module hybride avec un échangeur en acier inoxydable directement laminé pendant le process du module photovoltaïque.L’analyse de ces capteurs est faite en Partie I, d’abord avec un modèle 3D de l’échangeur. Ce modèle permet de déterminer des débits minimaux, de quantifier l’intérêt à ne pas isoler les bords du module et de visualiser que la perte de charge pour ce concept est principalement liée aux entrées et sorties du module mais reste tout à fait acceptable. Devant les limitations en termes de périmètre et de temps de calcul de ce modèle 3D, des modèles simplifiés sont proposés et comparés. Les résultats de ces modèles simplifiés corroborent une température de stagnation du concept DualSun de l’ordre de 75°C, ce qui confirme que le design est intrinsèquement résiliant à la surchauffe même en l’absence de besoins. Enfin les performances thermiques sur 9 prototypes avec des variations de composition couche par couche ont confirmé que le modèle est robuste. La puissance thermique(non isolé) est de 758W thermique pour un besoin à 30°C et la puissance photovoltaïque de 250Wc électrique dans des conditions extérieures standards (STC).Une analyse système de ces modules intégrés dans un ensemble complexe est réalisée dans la Partie II. Pour le système dit préchauffage d’eau sanitaire en maison individuelle (CESI), les quatre logiciels PVSyst, PVGis, Polysun, Solo sont comparés au logiciel Trnsys avec les Type 295 et Type 816 qui intègrent les deux modèles simplifiés du module définis dans la partie I. Les modèles physiques de ces logiciels sont cohérents entre eux dans le domaine d’utilisation.Les résultats de ces logiciels utilisés à partir de données statistiques pour la météo et les habitudes de consommation sont comparés à des mesures terrain sur 28 installations CESI hybride chez des particuliers. L’objectif a été de quantifier les erreurs d’estimation des prédictions statistiques par rapport au réel. Si l’écart type sur productible photovoltaïque et les températures maximales atteinte par les modules reliés à l’incertitude sur la météo est faible (environ 10%), l’écart type sur l’estimation du besoin sur la base d’un volume moyen consommé est beaucoup plus forte (de l’ordre de 30%) du fait d’un comportement très irrégulier de consommation chez les particuliers en terme d’heure et de volume de puisage en fonction des jours. Les températures moyennes atteintes au niveau des modules sont supérieures à 45°C pendant la moitié de l’année et permettent un préchauffage effectif du ballon sanitaire. Des couvertures solaires des besoins d’eau chaude de 57-58% sont mesurées près de Lyon.Dans le chauffage d’eau sanitaire collectif en couplage pompe à chaleur (HP+) ou en chauffage piscine (SP), les modèles statistiques permettent une évaluation des productibles du fait d’une stabilité des besoins.En conclusion, le solaire hybride devrait être une technologie clé de la transition énergétique pour les bâtiments dans les années à venir, sa compétitivité avec le vecteur électrique est déjà réelle. La technologie est appelée à évoluer pour réduire ses coûts d’année en année à l’instar du photovoltaïque et renforcer ainsi son positionnement face au gaz
In the context of the fight against climate change, the building is a strategic sector to address because of its high consumption of heat and electricity. Solar energy, both thermal and photovoltaic, has strong assets to meet this challenge and is becoming more and more cost-competitive. In particular, the PVT hybrid solar is a promising solution with a double advantage: the extraction of heat under the photovoltaic module brings both a gain in electrical efficiency, and a gain by generating heat for the needs of the building. The state of the art demonstrates the diversity of solar hybrid technologies, and this thesis specifically addresses the unglazed flat-plate design with water as the heat transfer fluid. To address sustainability and performance issues, the company DualSun designed a PVT hybrid module with a stainless steel heat exchanger directly laminated during the photovoltaic module process.The analysis of the DualSun collector is done in Part I, first with a 3D model of the exchanger. This model makes it possible to determine minimum flows, to quantify the interest not to insulate the edges of the module and to visualize that the pressure drop for this concept is mainly related to the inlets and outlets of the module but remains acceptable. Given the limitations in terms of scope and calculation time of this 3D model, simplified models are proposed and compared. The results of these simplified models corroborate a stagnation temperature of the DualSun concept of around 75°C, which confirms that the design is intrinsically resilient to overheating even in the absence of hot water consumption. Finally, thermal performance on 9 prototypes with layer-by-layer composition variations confirm that the model is robust. The models demonstrate that the 250Wp non-insulated version of the PVT panel has a thermal power output of 758 Wth for hot water needs at 30°C.A system analysis of these modules integrated in a complex system is carried out in Part II. For the preheating Domestic Hot Water system (DHW), four software programs, PVSyst, PVGis, Polysun, Solo are compared to Trnsys with the Type 295 and Type 816, which integrate the two simplified models of the module defined in the section I. The physical models of these software programs are consistent with each other in the field of use.The results of these software programs used from statistical data for the weather and consumption habits are compared to field measurements on 28 DHW (domestic hot water) hybrid installations in private homes. The objective was to quantify the errors of estimation of the statistical predictions with respect to the reality. While the standard deviation of PV output and maximum temperatures reached by the modules related to the uncertainty on the weather is low (about 10%), the standard deviation of estimated hot water needs based on an average consumption is much higher (about 30%) because of irregular consumption behavior in individuals in terms of time and volume depending on the days. The average temperatures reached at the level of the modules are higher than 45°C during half of the year and allow an effective preheating of the sanitary tank. Solar covering of hot water needs of 57-58% are measured near Lyon.For combined solar and heat pump (HP+) systems in multi-dwelling buildings and for pool heating (SP) systems, statistical models allow a reliable evaluation of the energy production because of stable hot water needs.In conclusion, solar hybrid should be a key technology for the energy transition of buildings in the coming years. PVT technology will evolve to reduce costs from year to year as observed with photovoltaic technology and thus strengthen its cost-competitive position against gas as a heat source for homes and buildings

Ce mémoire traite du pilotage de systèmes hybrides de puissance électrique. Les sources principales d’énergie sont un système photovoltaïque et une pile à combustible. Les sources secondaires sont un pack de batteries et un pack de supercondensateurs. Le dimensionnement des sources secondaires est réalisé afin de gérer les transitoires de puissances et de fournir l’appoint d’énergie lorsque celle issue des sources principales est insuffisante. Les sources principales, quant à elles, fournissent l’énergie à la charge en régime permanent. Le contrôle des flux d’énergies et les asservissements de puissance utilisés dans cette thèse sont basés sur le concept de platitude des systèmes différentiels. Ils permettent d’obtenir des propriétés dynamiques élevées en asservissement et en régulation. Le superviseur, permettant de répartir la puissance entre les différents organes de stockage, est réalisé à base de contrôleur flou et assure que les supercondensateurs avec leur convertisseur d’interface sont utilisés comme filtre de puissance et apportent l’énergie en régime transitoire. En revanche, les batteries fournissent ou absorbent l'énergie sur des durées plus longues
This thesis deals with the control of electrical hybrid system. The main sources consist in an association of photovoltaic and fuel cell system. The secondary sources are a bank of batteries and a bank of supercapacitors. The sizing of secondary sources is realized to manage the power during the transient state and provide extra energy when the power of main sources is insufficient in steady state. The main sources provide the essential energy of the electrical hybrid system during steady state. The control of energy flows and power tracking used in this thesis are based on the flatness technique. This control system allows obtaining high dynamic properties in the power tracking and the regulation of system. The supervisor for sharing the power between the different storage devices is realized thanks to a fuzzy logic controller. This controller ensures that the bank of supercapacitors with its interface converter is used as a power filter and provides the energy in transient states. However, the bank of batteries provides or absorbs the energy in longer periods especially during recovery or overload modes