Dans un contexte de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de raréfaction des ressources fossiles et fissiles, l'énergie solaire est l'une des sources d'énergie les plus prometteuses. La quantité d'énergie renouvelable dans le futur paysage énergétique dépend de sa disponibilité, de son coût et de son niveau d'efficacité. Plusieurs enjeux limitent actuellement le développement de l'énergie solaire. Parmi eux, l'élévation de la température des cellules induit une dégradation du productible d'environ 12% dans le cas général. En dépit de ce constat, la structure actuel des modules PV n'a pas variée depuis sa création dans les années 70. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les facteurs d’impact qui gouverne l'élévation de la température du module PV en vue d’identifier les moyens de la réduire de manière significative. Un modèle multi-physique est construit pour prédire le comportement du module dans les conditions environnementales de production. Le modèle thermique est basé sur la radiation en milieu semi-transparent. Cette caractéristique conduit à déterminer les équations généralisées de Fresnel pour les milieux absorbants. Cela nous autorise à déterminer la caractéristique spectrale et angulaire de l’émissivité du verre. Le modèle de couplage optique-thermique-électrique est comparé aux mesures en conditions réelles et est capable de prédire le comportement du module sur une période de vingt-quatre heures. Le modèle est en mesure d’évaluer le gain obtenu en optimisant les composants du module. Une étude paramétrique identifie enfin les différentes améliorations permettant d’obtenir une réduction de la température de fonctionnement des modules PV. Cette thèse inclut un état de l'art (chapitre 1), une étude du transfert de chaleur radiative à l'échelle du module PV (chapitre 2), la description détaillée du modèle multiphysique (chapitre 3), l'étude du module PV au travers de la modélisation (chapitre 4), une étude paramétrique (chapitre 5) et une conclusion (chapitre 6). / In the context of greenhouse gas emissions and fossil and fissile resources depletion, solar energy is one of the most promising sources of power. The amount of renewable energies in the future energy mix depends on their availability, on their cost and on their level of efficiency. Various issues still limit the development of the solar energy. Among them, the temperature elevation into the module induces an efficiency degradation of 12% in standard cases. In spite of this statement, the actual solar module structure has not changed since its creation in the seventies, and the technologies are still evaluated at room temperature. The objective of this thesis is to study the impact factors which govern the module temperature elevation in order to identify ways to apply a significant reduction. A multi-physics modeling is built in order to predict the module behavior depending on the environmental conditions. The thermal modeling is grounded on the radiation into participating media. This feature leads to the determination of generalized Fresnel equation for absorbing media. It allows us to determine a spectral and hemispherical value of the glass emissivity. The optical-electrical-thermal modeling has been compared to measurement in real conditions and is able to predict the module behavior over a one-day period. It allows the evaluation of the gain obtained by optimizing the module components. A parametrical study identifies several improvements to lower the module operating temperature. The PhD work includes a state-of-the-art study (chapter 1), a study of the radiation heat transfer at PV module scale (chapter 2), the details of the multiphysics modeling (chapter 3), the study of the PV module through the modeling (chapter 4), a parametrical study (chapter 5) and a conclusion (chapter 6).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015ISAL0059 |
| Date | 08 July 2015 |
| Creators | Weiss, Lucas |
| Contributors | Lyon, INSA, Ménézo, Christophe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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