Étude thermofluide de l'amélioration du rendement des collecteurs photovoltaïques par techniques de refroidissement passives

Résumé

Ce mémoire propose d’analyser la capacité d’un système d’ailettes de refroidissement passif à améliorer l’efficacité d’un collecteur photovoltaïque (PV) selon les conditions météorologiques sous lesquelles il opère. Dans un premier temps, une revue de littérature détaille l’intérêt de prendre en compte les conditions météorologiques, présente les systèmes de refroidissement utilisés dans le monde, caractérise les échanges thermiques et énergétiques à la surface des collecteurs PV et analyse les corrélations préexistantes décrivant les variations du coefficient de transfert thermique convectif en fonction de divers paramètres. Dans un deuxième temps, une nouvelle corrélation liant le coefficient de transfert thermique convectif à la vitesse du vent, la longueur sur laquelle il s’écoule et l’indice de turbulence est proposée après analyse des corrélations existantes. Le troisième chapitre conçoit un système de refroidissement à base d’ailettes, à partir d’une étude de résistance mécanique, d’une étude thermofluide caractérisant la taille de la couche limite sur les ailettes, et d’un bilan thermique. Pour finir, le dernier chapitre analyse les performances d’un tel système de refroidissement, en les comparant aux besoins et aux potentiels des sites géographiques étudiés. Ce mémoire propose une nouvelle corrélation, adaptée à la détermination du coefficient de transfert thermique convectif des collecteurs PV, plus précise que la méthode « classique » utilisant le nombre de Nusselt et plus facilement applicable à différentes conditions expérimentales que les corrélations linéaires. Par la suite, ce mémoire conçoit un système de refroidissement passif, constitué de 24 rangées de 3 ailettes en aluminium mesurant chacune 30 cm de longueur, 4 cm de hauteur et 2,3 mm d’épaisseur, permettant de multiplier le transfert convectif de la face arrière par 2,5 au minimum, quelles que soient les conditions de vent. Finalement, l’étude se porte sur le refroidissement des collecteurs PV selon les conditions météorologiques dans le monde. La conclusion est que les pays chauds ont, à la fois, de plus grands besoins et de plus grands potentiels en refroidissement que les pays froids. Le système de refroidissement permet aussi de meilleurs gains énergétiques dans les pays chauds. Cependant, l’intérêt économique du système de refroidissement n’est pas garanti dans toutes les conditions. En effet, il est recommandé dans ce mémoire de ne l’utiliser que dans des situations où le vent s’écoule lentement (moins de 0,5 m/s en moyenne sur une année), par exemple lorsque le collecteur est placé au sol dans un environnement vallonné ou avec de nombreux coupe-vent.

Date	29 mai 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice))