Elaboration des modèles pour l’optimisation des performances thermiques de la boucle diphasique d’un système hybride PV/LHP

Abstract

Durant la conversion photovoltaïque du capteur solaire une chaleur est générée ce qui augmentera la température de la cellule photovoltaïque et causera une chute de son rendement. Ce phénomène a été considéré comme néfaste pour le système, alors il est demandé de baisser leur température par la refroidir en intégrant au-dessous du panneau photovoltaïque un autre système de refroidissement en formant un capteur solaire hybride. Dans ce travail nous allons étudier un nouveau concept de la technologie hybride dite PV/LHP, qui assure également la production simultanée d’énergie thermique et d’énergie électrique mais avec une performance améliorée. En faisant étudiant les performances thermiques de la boucle diphasique dans des différentes positions géométriques. Seuls les paramètres géométriques et les propriétés physiques de la structure capillaire seront modifiés, les autres paramètres (dimensions des composants de la LHP, nature des matériaux et du fluide caloporteur) étant considérés comme fixe. Aussi une modélisation de la LHP en régime permanent est exposée. Elle est basée sur les équations de conservation d’énergie pour chaque composant de la LHP, la validation de notre modèle est effectuée à partir des résultats de S. Becker [Becker 2011], pour une boucle fluide chargée en eau à évaporateur. Dans la dernière partie du mémoire, une application des paramètres de la LHP est effectuée. Elle montre l’influence de la charge thermique, la conductivité thermique et la porosité de la mèche, sur le comportement thermique de la LHP. في التحويل الكهروضوئية لمجمع الطاقة الشمسية، تنشأ حرارة داخلية تزيد من درجة حرارة الخلاية الكهروضوئية وتسبب في انخفاض في الأداء. وتعتبر هذه الظاهرة مضرة للنظام، اذ يتطلب منا خفض درجة الحرارة وذلك بتبريدها من خلال دمج تحت الوح الكهروضوئي، نظام آخر للتبريد ليتشكل مجمع هجين للطاقة الشمسية. في هذا العمل سوف نقوم بدراسة لتصميم جديد لتكنولوجيا مجمع الهجين للطاقة الشمسية و المعروف بنظام PV/LHP حيث يضمن في أن واحد الإنتاج للطاقة الحرارية والكهربائية مع تحسن في الأداء. هذا من خلال دراسة الأداء الحراري لنظام LHP عند مختلف الاوضاع و كذا الخصائص الفيزيائية للبنية الشعرية، وهي الوحيدة التي قمنا بالتغيير فيها، أما الخصائص الاخرى (أبعاد مكونات LHP، وطبيعة المواد والسوائل الناقلة للحرارة) فلقد اعتبرناها ثابتة . أيضا فلقد قمنا بوضع جميع الصيغ و القوانين التي من خلالها يمكن أن نقوم بمحاكات أداءات النظام، و التي تعتمد بالأساس على قانون انحفاض الطاقة، و لتحقق من سلامة النتائج قمنا بمقارنتها مع تلك التي تحصل عليها الاستاذ بيكر في تجربته التطبيقية . و في أخر هذا العمل قمنا بتطبيق من خلال محاكات اشتغال النظام الهجين المراد دراسته كي نتمكن من معرفة مدى تأثير الناقلية الحرارية وابعاد ومسامية البنية الشعرية و كذا ميل المجمع ككل على الأداء الكي للنظام During the photovoltaic conversion of solar collector, heat is generated which will increase the temperature of the photovoltaic cell and cause a drop in performance. This phenomenon was considered harmful to the system, so it is required to lower their temperature by cooling it, we can do that by incorporating below the photovoltaic panel another cooling system by forming a hybrid solar collector. In this work we will study a new concept of hybrid technology named PV / LHP, which also ensures the simultaneous production of thermal and electric power but with improved performance. By studying the thermal performance of the loop heat in different geometric positions. Only the geometric parameters and physical properties of the capillary structure will be changed, the other parameters (dimensions of the components of the LHP, nature of the materials and the refrigerant) are considered fixed. Also a modeling of the LHP in the steady state is exposed. It is based on energy conservation equations for each component of the LHP system, validation of our model is made from the results of S. Becker [Becker, 2011], for a fluid loop loaded in water evaporator. In the last part of the memory, application parameters of the LHP are done. It shows the influence of the thermal load, thermal conductivity and porosity of the wick, the thermal behavior of the LHP