Modélisation des Performances d’un Capteur Hybride Photovoltaïque/Thermique à Base d’un Nanofluide TiO2

Abstract

Dans la présente thèse de doctorat, des analyses énergétiques et exergétiques sont proposées pour deux collecteurs solaire hybrides photovoltaïque/thermique dits (PV/T), l’un utilisant l’eau et l’autre un nanofluide eau-TiO2, respectivement. Pour le cas du (PV/T) à base d’eau, une nouvelle conception est proposée; elle concerne l’écoulement de l’eau au-dessus des cellules photovoltaïques. L’eau servira à refroidir les cellules PV et également à filtrer le rayonnement solaire incident. Etant un filtre naturel, elle absorbera les rayonnements infra-rouge (IR), par conséquent, elle recueilleral'énergie thermique, en plus du fait qu’elle laissera passer le rayonnement visible, qui en atteignant les cellules photovoltaïques (PV), génèrera de l'électricité. Pour le collecteur (PV/T) à base de nanofluide, le canal est posé en-dessous du PV. Les deux types de (PV/T) sont modélisés et simulés numériquement à l'aide du logiciel ANSYS Fluent. Les simulations portent sur les impacts des paramètres intrinsèques (la hauteur du canal de refroidissement et la vitesse d'entrée de l'eau) et extrinsèques (le vitesse du vent, irradiation solaire et température ambiante) sur les performances énergétiques et exergétiques globales des PVT. Les résultats montrent qu'en termes de quantité et de qualité d'énergie, le nouveau PVT à eau est supérieur à ceux proposés précédemment du type plaque et tubes (S&T). Pour le (PV/T) à base du nanofluide eau-TiO2, il ne présente qu'un faible avantage en termed'efficacité énergétique par rapport au (PV/T) à base d'eau (PV/T). Du point de vue exergétique, en revanche, le (PV/T) à base d’eau est meilleur (même comparé au nanofluide avec une fraction massique élevée de l’ordre de 4,127%). En outre, une nouvelle méthode de détermination de la hauteur optimale du canal de refroidissement de section droite rectangulaire est également proposée et validée.