Qualification de la convection des modules photovoltaïques flottants avec leurs environnements
Résumé
La collecte solaire dépend de la capacité du module photovoltaïque à dissiper la chaleur absorbée avec son environnement. Dans le cas des centrales solaires flottantes, les premières études ont établi que les gains de production dus aux phénomènes convectifs sont plus importants au-dessus des lacs et des étangs comparativement à une centrale au sol. Cependant, les modes de transferts convectifs (naturels, forcés) sont difficiles à appréhender, et le formalisme adopté pour le quantifier (U-values) est trop imprécis pour permettre de conjecturer sur le poids de chaque type de transfert thermique dans la déperdition de chaleur constatée.
Dans ces recherches, une méthode numérique permettant de qualifier et quantifier les gains liés à la convection autour des modules photovoltaïques flottants est présentée. Celle-ci est construite en deux étapes et repose sur la différenciation des dissipations thermiques à l’échelle du système. Dans un premier temps les effets convectifs sont dissociés des effets radiatifs, puis dans un second temps les deux modes de convections (naturelle, forcée) sont séparés. Prenant appuis sur un prototype instrumenté, une étude statistique sur un jeu de données est ensuite menée. Les corrélations qui décrivent les modes convectifs sont finalement discutées à la lueur de la comparaison modèle/expérience.
Nos travaux montrent notamment que les cellules solaires bénéficient d’une convection forcée majorée de 5 à 20% dans une situation de photovoltaïque flottant. Ces gains sont aussi le résultat d’un système de flottaison ouvert qui permet au vent de souffler sur la face avant et sur la face arrière des modules. En particulier, la déperdition thermique est fortement majorée lorsque le mode de transfert convectif naturel (en face arrière) prédomine. Ces résultats pourraient permettre d’optimiser la géométrie des systèmes de flottaison et en conséquence la production d’électricité de la centrale.