Etude des transferts thermiques rayonnement spectral - conduction - convection naturelle dans des systèmes photovoltaïques hybrides en vue de leur intégration au bâti
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work deals with the study of PhotoVoltaic/Themal hybrid components in building frame integration configuration. Starting from the basis of thermal problems related to the Photovoltaic components of crystalline type (heating decreases their energy effectiveness), the developed model aims at the prediction of their internal temperature field. A modelling of the radiation in a multi-layer component of non diffusing semi-transparent media is carried out. The propagation of a collimated flux and of a diffuse flow are separately treated. The collimated part is treated according to an approach of ray emission model. The Method of the Discrete Ordinates associated the method of finite volumes is employed for the numerical solution of the diffuse radiation in the case of a monodimensional plane geometry. Directional quadratures are established in an adaptative way for each spectral frequency. The discrete directions of one of the layers correspond to those refracted of the close layer. The coupling of this model to a model RANS with low Reynolds number is then carried out in order to study the convective transfers for a double façade configuration of building integration. The prospects for this step consist in analysing the influence of the parameters supporting the natural cooling of the modules (thickness, height of air gap, spatial distribution of the thermal boundary conditions,…). Lastly, the electric phenomenon of conversion, supplementing the energy balance of a cell statement, is briefly approached in adequacy with the level of modelling of the coupled thermal transfers.
Abstract FR:
Ce travail s'attache à l'étude de composants hybrides PhotoVoltaïques/Thermiques en phase d'intégration au bâti. Partant de la problématique liée aux composants PhotoVoltaïques de type cristallin(s) (échauffement diminuant leur efficacité énergétique), le modèle développé vise l'évaluation de leur champ de température interne. Une modélisation du comportement radiatif de composants multicouches de milieux semi-transparents non diffusants est réalisés. La propagation d'un flux collimaté et celle d'un flux diffus sont traitées de manières séparées. La composante collimatée est traitée suivant une approche de type lancer de rayons. La méthode des Ordonnées Discrétes associée à la méthode des volumes finis est employée pour la solution numérique de l'Equation du transfert Radiatif en composante diffuse dans le cas d'une géométrie plane monodimensionnelle. Les quadratures directionnelles sont établis de manière adaptative par couche et pour chaque fréquence spectrale. Les directions discrètes d'une des couches correspondent à celles réfractées de la couche voisine. Le couplage de ce modèle RANS à bas Nombre de Reynolds est ensuite réalisé afin d'étudié les transferts convectifs pour des configurations d'intégration de type double façade. Les perspectives de cette étape consistent à analyser l'influence des paramètres favorisant le rafraîchissement naturel des modules (épaisseur, hauteur lame d'air, distribution spatiale des conditions aux limites thermiques,. . . ). Enfin, le phénomène de conversion électrique, complétant le bilan énergétique d'une cellule PV, est brièvement abordé en adéquation avec le niveau de modélisation des transferts thermiques couplés.