Modélisation numérique du couplage thermique-photoélectrique pour des modules photovoltaïques sous faible concentration

Numerical modelling of the coupling of thermal and photoelectric effects for the photovoltaic modules under low concentration

• Auteur / Autrice : Marko Pavlov
• Direction : Michel Pons
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance le 25/10/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020) - Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Pere Roca i Cabarrocas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Pons, Pere Roca i Cabarrocas, Philippe Blanc, Daniel Lincot, Anne Migan-Dubois, Radovan Kopecek, Vincent Bourdin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Blanc, Daniel Lincot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs polycristallins

Semiconducteurs amorphes

Physique -- Modèles mathématiques

Systèmes photovoltaïques

Mots clés libres

Modélisation multiphysique

Effets photoelectriques

Modules photovoltaïques

Faible concentration

Silicium amorphe

Silicium polycristalin

Réflecteurs plans

Multiphysics modelling

Photoelectric effects

Photovolotaic modules

Low concentration

Amorphous silicon

Polycrystalline silicon

Planar reflectors

Résumé

La faible exploitation de l'irradiation inter-rangée limite la production des modules photovoltaïques (PV). Le projet ''Aleph'' explore l'intérêt d'ajouter des réflecteurs plans entre les rangées pour augmenter la production, et dégage des règles claires permettant l'optimisation géométrique de l'ensemble. Ce travail présente une modélisation multiphysique du système, des simulations numériques de son comportement, et la comparaison avec des données expérimentales. Deux technologies de module PV sont considérées : silicium amorphe (a-Si) et silicium polycristallin (p-Si). Les mesures montrent des gains énergétiques importants grâce aux réflecteurs. Les gains sont plus importants pour les modules a-Si que p-Si. La modélisation associe un modèle optique de lancers de rayons par méthode Monté-Carlo sous EDStaR, un modèle photoélectrique sous SPICE, et un modèle thermique empirique. Le modèle complet est calibré avec des données expérimentales en utilisant un algorithme évolutif. Une fois calibré, le modèle démontre une bonne performance en simulant la puissance générée par les modules en fonction des données atmosphériques et radiatives.

The poor utilisation of the inter-row irradiation limits the production of photovoltaic (PV) modules. The ''Aleph'' project explores the potential of adding inter-row planar reflectors to increase the system yield, and defines clear rules for optimal settings of such systems in a given location and under a given climate. This work presents a multiphysics model of the system, numerical simulations of its behaviour, and the comparison with experimental data. Two PV module technologies are tested: amorphous silicon (a-Si) and polycrystalline silicon (p-Si). The experimental data show significant gains in produced energy brought by the reflectors. The gains are higher for a-Si modules compared to p-Si. The modelling work combines a Monte-Carlo ray-tracing optical model (EDStaR), a photo-electric model (SPICE), and an empirical thermal model. The complete model is calibrated with measurements using an evolutionary algorithm. Once calibrated, the model demonstrates good performance in predicting the module power output as a function of atmospheric and irradiance data.