refroidir des modules photovoltaïques

[PvOups]

Bonjour,

Je viens d'être mis en contact avec une entreprise qui se vante d'avoir trouver une solution magique pour refroidir des modules photovoltaïques pour que ceux-ci produisent plus. En suivant le raisonnement ci-dessous, il me semble que ce type de démarche n'a aucun sens au vu des pertes de rendement thermique des modules. Pourriez-vous me dire si je me trompe ou pas ? Merci par avance.

Dans ma région un module photovoltaïque produit 1250 kwh par kwc par an (j'ai une installation, c'est donc vérifié).
Avec 4 modules de 250 Wc je produis donc dans une année 1250 kwh électrique.

Pour avoir un gain de 8%, étant donné que la perte de rendement thermique du module est de 0.45% par degré, il faut générer un delta de température de 8 / 0.45 = 17.77 °C, et cela pendant toute la durée de fonctionnement du module soit de 9h00 à 17h00 en moyenne pendant 365 jours, soit 2920 heures.

Si je considère que la capacité thermique massique de mon module est proche de celle de l'aluminium. la capacité thermique massique = 890 J kg-1 K-1.
Avec un module de 25 kg, j'ai donc 100 kg à refroidir avec mes 4 modules.

L'énergie nécessaire pour maintenir le delta de température de 17.77 °C me semble être :
E(J) = 890 x 100 x 17.77 = 1 593 969 J = 1 594 KJ = 0.44 kwh

avec mes 2 920 heures je trouve donc qu'il me faut produire 1 284 kwh thermique / an (0.44 x 2920) pour refroidir mes modules de 17.77 °C pour obtenir un rendement électrique de +8%.

Si je produis ce refroidissement grâce à une pompe à chaleur de COP = 2.5, cela nécessitera 1284 / 2.5 = 513 kwh électrique.

Or 8% de 1250 kwh = 100 kwh donc je me retrouve avec une usine à gaz qui consommerait 513 kwh électrique pour en produire 100 kwh de plus, hic !

Pourriez vous m'aider à trouver la faille s'il y en a une ? Merci !
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[fabang]

Si tu apportes 1watt seconde d'énergie à un corps et que tu veux maintenir la température, il faut évacuer 1watt seconde, que le corps fasse 1gramme ou 100kg.
La capacité massique thermique n'intervient pas.

[PvOups]

ok merci.

Suivant la couche nuageuse, l'énergie calorifique que va capter les modules ne va pas être la même par contre pour gagner les 8% en moyenne de rendement il faut générer un delta de température de 17.77 °C quelle que soit l'énergie calorifique apportée.

Je comprends ton raisonnement pour maintenir une température mais pour refroidir une masse ne faut-il pas prendre en compte un paramètre concernant la nature de l'objet à refroidir ?

[fabang]

les modules photovoltaïques chauffent parce qu'ils ne transforment pas intégralement l'énergie qu'il reçoivent en électricité. Pour limiter l'augmentation de leur température, il faut évacuer l'excédent de calorie.
La chaleur spécifique et la masse des panneaux n'apparait pas dans ce type calcul.
La masse et la chaleur spécifique n'intervient que si l'on veut calculer les gradients de température.

[A voir en vidéo sur Futura]

[fabang]

A la limite tu peux prendre en compte le paramètre masse et chaleur spécifique si tu souhaites exploiter le temps sans exposition solaire pour limiter l'augmentation de température (Principe de l'intégration thermique). Mais il faudra associer des tonnes de matières à chaque panneau, et savoir qu'avec une exposition 12H/24H par exemple, la réduction de température sera inférieure à 0,5.

[Boumako]

Bonjour

Si tu veux refroidir tes panneaux de 17.77°C alors il faut que tu dissipes une énergie d'environ 180W par m² de panneau (10W/m²°C).

[fabang]

Si un panneau reçoit vers midi 1000W/M², il en renvoie 15% sous forme de rayonnement réfléchi, s'il est de bonne qualité il en transforme 15% en électricité, et le reste (600W) participe à son élévation de température qui arrive à son équilibre sous forme de rayonnement infra rouge, et de dissipation par convection. Donc pour que ça température ne s'élève pas il faut un dispositif capable d'absorber 600W.....(Pour 150W électrique fourni)

[Boumako]

Non, si il est 18°C au dessus de la température ambiante alors il restitue (environ) 180W par m² de chaleur, éventuellement un peu plus car une partie est dissipée par conduction, mais en aucun cas 600W. De plus cette valeur de 15% réfléchie n'est pas du tout réaliste. Et enfin 1000W/m² est une valeur crête, rarement atteinte, sinon jamais, à nos latitudes.

[PvOups]

Bonjour à tous,

Merci pour votre participation à cette réflexion.

Si je prends comme référence qu'il convient de dissiper 180 W/m2 de module, sachant que chaque module fait 1.6 m2, il faudra donc dissiper 4 x 1.6 x 180 = 1152 W pour l'installation et cela pendant la totalité du temps de fonctionnement si je cherche a obtenir toujours un gain de 8%.

Pour 2920 heures de fonctionnement, cela ferait 3363,84 Kwh.

Ce refroidissement forcé, s'il est réalisé via une pompe à chaleur de cop 2.5, il faudrait consommer 1345 kwh électrique sachant que le COP froid = COP chaud - 1, la pompe en question aurait un bon rendement réel.

Et cela pour gagner 100 kwh... Manifestement le refroidissement forcé par pompe à chaleur qui m'a été proposé est une usine à gaz, sachant qu'il s'agit bien dans ce cas d'étude de forcer le refroidissement "naturel" des modules par le vent et la pluie. Êtes-vous d'accord avec cette conclusion ?

[Boumako]

Bonjour

A mon avis il ne faut pas utiliser quelque chose d'aussi sophistiqué qu'une pompe à chaleur, mais un simple circuit d'eau glycolée enterré, l'installation ne coutera pas grand chose.

[PvOups]

Je cherche en fait à mesurer l'opportunité de cette solution :
http://li-mithra.fr/

au vu des éléments techniques qu'ils communiquent.

Le premier constat suite à nos échanges est que ce type de déclaration "Nos panneaux Li-Mithra augmentent la production de vos panneaux photovoltaïques de 20 à 30%" semble suspecte car pour ma petite étude je n'ai pris en compte qu'un gain de 8%. Si l'on prend en référentiel un gain de 20%, avec la perte de température du rendement des modules de 0.45% par degré, il faut que le delta T soit de 44 °C

[DAUDET78]

Moi, ce qui me choque c'est ça :

Il fonctionne quelque soit la météo, de jour comme de nuit.

la nuit, ils font comment ?

En plus du chauffage, le système LI-MITHRA
produit de l'eau chaude sanitaire et de l'électricité.

Donc l'eau de "refroidissement" des panneaux, elle doit sortir au moins à 55° ???? ce qui veut dire qu'un panneau "ordinaire" est à 110° ?

[Boumako]

Ce sont des panneaux photovoltaïques et thermiques, rien de très nouveau. Par contre pour récupérer de l’énergie thermique il faut accepter de perdre un peu en rendement électrique.
Je vois au passage que l'argumentaire n'est pas très pertinent : "En effet notre panneau produit + de 15 KWh au mètre carré."
On peut produire cette quantité d’énergie avec une petite cellule solaire de calculatrice, si on attend suffisamment longtemps...

Donc l'eau de "refroidissement" des panneaux, elle doit sortir au moins à 55° ???? ce qui veut dire qu'un panneau "ordinaire" est à 110° ?

Je n'ai pas très bien compris cette phrase ;on peut réchauffer de l'eau à 55°C avec un panneau un tout petit peu plus chaud. Généralement ces modules sont plutôt conçus pour réchauffer vers 40/45°C maximum.

[DAUDET78]

Je ne suis pas thermicien ....

Je n'ai pas très bien compris cette phrase ;on peut réchauffer de l'eau à 55°C

Si on veut réchauffer un cumulus . Il faut au moins du 55° en sortie du panneau ? donc on n'abaisse pas le panneau à , disons par exemple, 30° . Température qui augmenterait le rendement électrique du panneau .

[Boumako]

Oui en effet, c'est pour ça qu'il faut sortir le plus froid possible, pour ne pas impacter le rendement, mais pas trop pour que cela ai un sens.
Certains semblent y trouver leur compte, mais personnellement je pense qu'il serait plus judicieux d'utiliser 2 types de panneaux différents.

[PvOups]

Merci pour vos échanges.

A la lumière de ceux-ci, je crois que le principe est le suivant :

- ils utilisent une pompe à chaleur eau-eau qui est réversible. Lorsque l'utilisateur a besoin de chaleur il bénéficie d'un cop de 3.5, lorsqu'il a besoin de froid il bénéficie d'un cop de 2.5. Plus la source de chaleur ou de froid est proche de la température de consigne demandée par l'utilisateur, plus le cop est élevé.
- en utilisant la surface des modules photovoltaïques le système capte des calories.
- s'ils utilisaient un panneau solaire thermique, leur système serait plus efficace mais la consommation électrique de la pompe à chaleur ne serait pas partiellement compensée par la production électrique photovoltaïque. Idéalement, il faudrait que leur pompe à chaleur fonctionne en courant continu afin de ne pas devoir investir dans un onduleur qui va générer un investissement complémentaire, une maintenance sur l'onduleur et une perte de conversion énergétique de 3 à 5% (selon la qualité de celui-ci).
- En mi-saison (Printemps et Automne), comme on a besoin de chaleur et que le soleil est présent, la pompe à chaleur va correctement fonctionner. Si lors de cette période il y a du vent ou de la pluie le cop se dégradera car le module sera refroidi naturellement donc il y aura moins de calorie disponible pour la PAC ce qui nécessitera une circulation plus "forcée" du liquide caloporteur. La nuit, les modules froids nécessiteront une consommation excessive d'électricité pour "compresser" les calories nécessaires à atteindre la température de consigne. La "chaleur thermique de la terre" pourra jouer un effet positif mais les modules photovoltaïques ne sont pas particulièrement des capteurs optimisés pour récupérer ces calories...
- En été, les apports de chaleur seront supérieurs au besoin car celui-ci ne concernera que la production d'eau chaude et non de chauffage. Par contre si la PAC est couplée avec un échangeur eau-air, on pourra bénéficier d'un refroidissement mais le COP sera moins bon qu'une simple pac air-air car à priori il y aura plus de calories captées dans le panneau que dans l'air. Or pour avoir le meilleure cop il faut que la température de la source soit la plus proche de la température de consigne, pas l'inverse . Il reste le problème de la surchauffe du module photovoltaïque (en été) si les calories ne sont pas évacuées car la présence du fluide caloporteur sur la face intérieur du module va pénaliser la capacité de celui-ci à dissiper la chaleur, si le fluide est immobile.
- En hiver, ce système me semble peu pertinent car la température du module sera proche de celle de l'air, même si l'effet "vitre de verre" du module photovoltaïque pourrait avoir un petit impact sur la température.

A part le fait que le module photovoltaïque génère une partie de l'électricité que consomme la PAC, ce système ne semble pas très pertinent par rapport au même système avec des modules solaires thermiques avec fluide caloporteur. Selon les besoins, le système type "JumboSolar", qui utilise directement de l'air chauffé par les apports solaires peut être plus performant.

Je remarque que les gains annoncés sur la production photovoltaïque ne sont à priori pas compatibles avec une démarche scientifique rigoureuse qui n'oublie pas la caractéristique technique appelée "perte de rendement thermique" des modules qui n'est que de 0.45% par degré pour les modules photovoltaïques les plus mauvais

Le bilan financier en prenant en compte la maintenance de ce système ne doit pas être évident au vu du faible cout de l'énergie en France, en comparaison avec d'autres pays comme l'Italie, l'Allemagne ou le Danemark.