Optimisation du refroidissement des panneaux solaires par perforation du cadre

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Une avancée significative dans l’amélioration du rendement des installations photovoltaïques vient d’être réalisée par des chercheurs chinois. Leurs travaux, publiés dans Case Studies in Thermal Engineering, démontrent comment une optimisation des perforations du cadre des panneaux solaires permet un refroidissement passif efficace, augmentant ainsi leur performance énergétique.

L’étude pionnière sur le refroidissement passif

Conduite par la Northeast Electric Power University en collaboration avec le groupe Shengu et l’Université des sciences et technologies de Chine, cette recherche évalue systématiquement l’impact de différentes configurations de perforation sur la gestion thermique des modules photovoltaïques. L’étude se distingue par son approche holistique, analysant simultanément les performances de refroidissement, la gestion thermique et le rendement électrique.

Méthodologie de recherche avancée

L’équipe scientifique a développé un modèle tridimensionnel de dynamique des fluides numérique (CFD) pour simuler 17 configurations distinctes de perforation. Le modèle reposait sur un panneau photovoltaïque monocristallin standard de 52,8 cm × 32 cm, soumis à des conditions réalistes : vitesse du vent de 6,0 m/s et irradiance solaire de 900 W/m².

La validation expérimentale, menée à Jilin en Chine centrale, a confirmé la fiabilité du modèle avec une différence moyenne de température de seulement 0,2267 °C entre les valeurs simulées et mesurées.

Configuration optimale des perforations

Après validation, les chercheurs ont identifié l’angle d’inclinaison optimal de 11° pour le refroidissement passif. Les 17 designs testés se répartissaient en quatre catégories selon le nombre de côtés perforés : un, deux, trois ou quatre côtés, avec des trous circulaires ou rectangulaires de dimensions variables.

Résultats significatifs et contre-intuitifs

La configuration la plus performante (cas 2) comportait huit trous circulaires de 3,0 mm de rayon sur le côté au vent. Cette disposition a permis :

• Une température moyenne minimale du panneau : 39,37 °C
• Une température maximale la plus basse : 42,63 °C
• Une distribution de température uniforme
• Une puissance de sortie maximale : 24,18 W
• Un rendement de conversion photoélectrique optimal : 15,9 %

Comparé au panneau non perforé, ce design a réduit la température de 5,44 °C. En l’absence de vent, le cadre perforé a diminué la température moyenne de 37,8 °C et augmenté le rendement de conversion de 2,89 %.

Une découverte surprenante

Contre toute attente, trois configurations (cas 3, 7 et 8) ont montré des performances inférieures au panneau non perforé. Cette découverte cruciale démontre que l’augmentation du nombre de perforations n’améliore pas systématiquement le refroidissement.

Implications pour l’industrie solaire

Ces résultats offrent des perspectives concrètes pour l’optimisation des systèmes photovoltaïques. La technique de refroidissement passif par perforation représente une solution économique et durable pour améliorer le rendement des installations solaires, particulièrement dans les régions à fort ensoleillement.

Pour en savoir plus sur les avancées en énergie solaire, consultez les ressources du Department of Energy Solar Energy Technologies Office.

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