Résumé:
La présente étude se concentre sur l'analyse numérique des contraintes thermiques qui se développent dynamiquement au sein des modules photovoltaïques en fonctionnement, constituant une cause majeure de défaillance.
La détermination précise des champs de température au sein d'un module PV soumis à des conditions de fonctionnement réelles est essentielle pour évaluer les contraintes thermiques auxquelles il est exposé. Dans la première partie de cette thèse, nous abordons cette problématique à travers une approche multi-physique, prenant en compte les différents aspects physiques de la conversion photovoltaïque. Tout d'abord, un modèle optique-radiatif permet de calculer le rayonnement solaire absorbé. Ce modèle est couplé à un modèle thermique tridimensionnel, basé sur la méthode des éléments finis, pour déterminer la distribution de température au sein des composants du module. Enfin, les résultats de ces deux sous-modèles sont intégrés dans un modèle électrique afin de simuler les performances électriques des panneaux PV. La comparaison des résultats numériques avec des données expérimentales publiées valide le modèle proposé. Les conditions environnementales, les systèmes d'installation et la variété des matériaux employés (tels que l'encapsulation et la couche arrière) ont été étudiés de manière approfondie pour en déterminer l'influence.
Dans la deuxième partie, nous avons mené une étude numérique tridimensionnelle pour analyser les déformations thermomécaniques induites dans le module PV. Les champs de température obtenus ont été directement appliqués au modèle structurel en tant que charges thermiques. La prédiction fiable du comportement thermomécanique des modules PV en simulation numérique dépend étroitement de la pertinence des modèles de matériaux utilisés pour représenter le comportement mécanique des différents composants. Afin d'obtenir un compromis entre la complexité numérique et la fidélité des résultats, nous avons adopté un modèle viscoélastique pour représenter le comportement de l'encapsulant, tandis que les autres composants ont été modélisés par une loi d'élasticité linéaire.L'objectif principal de cette étude est d'évaluer l'influence des conditions environnementales, des zones climatiques, ainsi que des diverses configurations et technologies sur les contraintes thermiques induites dans les cellules PV et les charges appliquées sur les rubans de cuivre.
