Concepts et design d'un panneau solaire hybride (PVT) à eau dédié aux pompes à chaleur

Concepts and design of a liquid-based PVT collector dedicated to solar-assisted heat pump systems

• Auteur / Autrice : Valentin Delachaux
• Direction : Rachid Bennacer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 15/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMPS - Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : OMEIR - Ouvrages, matériaux, environnement: interactions et risques
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay

Mots clés

Mots clés libres

Photovoltaïque

Échangeur thermique

Pompe à chaleur

Pvt

Photovoltaic

Heat exchanger

Heat pump

Pvt

Résumé

Comme on l'a vu, les designs de PV-T proposés par la littérature ont chacun des limitations propres, et les perspectives de coûts sont un enjeu majeur. L'objectif de cette thèse est de retravailler les concepts et le design de l'échangeur pour utiliser les process à grandes échelles les plus innovants et à même de répondre à des enjeux de : - Volume, - Impact carbone, - Performance thermique, - Durabilité en lien avec le photovoltaïque, - Facilité d'installation dans un contexte multi-applicatif en termes de o Systèmes : chauffe-eau individuel ou collectif, couplage PAC, chauffage piscine, thermosiphon… o Secteurs : petits installations sur bâtiment, grandes installations au sol… Ce sont des concepts innovants et des ruptures dans la démarche qui permettront de répondre à ces enjeux de polyvalence et de performance. En particulier, une superposition de briques technologiques avancées pour l'injection (injection gaz avec masselotte ; mouvement de plaque ; crabotage) sera envisagée, et si cette option était retenue, elle constituerait une forte rupture technologique. En alternative, l'extrusion soufflage sera étudiée, l'adaptation de ce process pour les panneaux solaires hybrides constituerait une première. Dans tous les cas, des ruptures process seront nécessaires pour aboutir à un échangeur pour panneau hybride monobloc mono-matériau à forte recyclabilité. Les objets de cette thèse CIFRE s'inscrivent dans les compétences du laboratoire LMT/ENS-Paris-Saclay. Des travaux de recherche sur les transferts dans les milieux poreux, liés à l'intensification des échanges de chaleur aux interfaces [18], ainsi que la structuration volumétrique des échangeurs [19] sont en cours. L'expertise par l'application de la convection naturelle et mixte dans les systèmes et bâtiments, au contrôle thermique sont au cœur du savoir-faire. Ces compétences seront nécessaires aussi bien pour l'optimisation des process pour lequel les écoulements de matériaux aux comportements parfois non newtoniens [20 et 21] dépendent de la qualité du contrôle thermique, que pour l'optimisation du design de l'échangeur en lui-même.

As we have seen, the PV-T designs proposed by the literature each have their own limitations, and the cost outlook is a major issue. The objective of this thesis is to rework the concepts and design of the exchanger to use the most innovative large-scale processes and able to meet the challenges of: - Volume, - Carbon impact, - Thermal performance, - Sustainability in connection with photovoltaics, - Ease of installation in a multi-application context in terms of o Systems: individual or collective water heater, heat pump coupling, swimming pool heating, thermosyphon, etc. o Sectors: small installations on buildings, large installations on the ground, etc. These are innovative concepts and breakthroughs in the approach that will meet these challenges of versatility and performance. In particular, a superposition of advanced technological bricks for injection (gas injection with weight; plate movement; clutch) will be considered, and if this option were retained, it would constitute a major technological breakthrough. As an alternative, extrusion blow molding will be studied, the adaptation of this process for hybrid solar panels would be a first. In all cases, process breaks will be necessary to end up with an exchanger for a single-material, single-piece hybrid panel with high recyclability. The subjects of this CIFRE thesis fall within the competence of the LMT / ENS-Paris-Saclay laboratory. Research work on transfers in porous media, linked to the intensification of heat exchanges at interfaces [18], as well as the volumetric structuring of exchangers [19] are in progress. Expertise through the application of natural and mixed convection in systems and buildings, to thermal control are at the heart of the know-how. These skills will be necessary both for the optimization of processes for which the flow of materials with sometimes non-Newtonian behaviors [20 and 21] depend on the quality of the thermal control, and for the optimization of the design of the exchanger itself. same.