Une étude plus complète et plus longue…

Ci-dessous, nous allons décrire comment pallier à ces problèmes ?

• Efficience des cellules solaires limitée

Les cellules solaires utilisent la radiation visible du soleil pour produire l’énergie électrique. Cette irradiation n’est que de 27 % de l’irradiation globale solaire. En fait, 75 % de l’irradiation solaire est  thermique. De plus, l’électricité générée par les cellules solaires génère aussi, de par l’échauffement des diodes, de l’énergie thermique ? La solution est donc de collecter cette irradiation thermique et de trouver une solution pour garder le panneau froid.

• Efficience réduite de 0,48% par degré

Comme ci-dessus, pour garder l’efficience maximum, le panneau doit rester froid. En fait, pendant la période estivale, la courbe de l’irradiation maximum est aplatie du à l’élévation de température des panneaux. La perte d’énergie est estimée à 30% de l’énergie globale produite.

La solution : le panneau doit rester froid.

• La puissance max des panneaux est limitée par le panneau le moins puissant.

Habituellement, les panneaux solaires voltaïques sont connectés en série. Ceci signifie que le panneau donnant le plus faible courant à l’irradiation max (IMP) limite le courant des autres panneaux dans le string. Ceci cause une réduction de la puissance globale du système. Solution : utiliser plusieurs strings.

• Risque d’incendie du à la température des connections des panneaux.

A certaines périodes de l’année et ceci accentué par l’intégration totale, il peut arriver une température excessive causant la fonte des isolants des connexions électriques. De plus, la connexion série des panneaux peut engendrer un haut voltage (plus de 900 Vdc) entre la sortie des panneaux et la terre. La solution est de garder les panneaux froids.

•  La production des panneaux est liée à l’ensoleillement et ne fonctionne que le jour.

La production électrique est l’image de la radiation solaire. Ceci signifie que la production est très instable est n’existe pas la nuit. Cependant, nous avons besoin d’énergie la nuit pour l’éclairage et le chauffage. En plus, nous avons un fort besoin d’énergie pendant l’hiver lorsqu’a contrario, l’irradiation solaire est faible. La solution est de stocker la puissance crête et orienter les panneaux pour une puissance max en hiver.

• Ne peuvent être installés dans les régions chaudes.

En fait, les régions où la température ambiante peut atteindre des températures de l’ordre de 52°C, les panneaux peuvent atteindre des températures supérieures à la température de fusion de l’EVA et du Tedlar (120°C). Solution : refroidir les panneaux ou utiliser des panneaux double verre.

• Cassure des cellules solaires de par les variations de température.

La base des cellules solaires est similaire au verre. Ceci implique que l’extension de ces cellules est pratiquement nulle en fonction des températures. Toutefois, les bandes conductrices ont un coefficient d’extension non négligeable en fonction de la température. De ce fait, les cellules sont soumis à des tractions physiques et risque de casser. Solution : garder la température des panneaux constante, faire des boucles entre les cellules avec les bandes conductrices.

Pour résumer, les principaux problèmes des panneaux photovoltaïques et dans le but d’augmenter drastiquement l’énergie qu’ils produisent, nous avons conçu un nouveau type de panneaux en prenant en compte les problèmes des panneaux courants.

Il apparaît donc en premier lieu que la température des panneaux donne la majorité des problèmes. Il nous faut donc refroidir les panneaux.

Le second problème est l’efficience des panneaux restreinte à 27 % de l’irradiation globale. Nous devons donc concevoir un panneau qui  collecte l’irradiation globale du soleil. Un panneau hybride associant l’irradiation visible, thermique et pouvant capter l’irradiation terrestre.

Le troisième problème est l’inconstance de la production d’un panneau solaire voltaïque. De manière à avoir une puissance constante même durant la nuit, nous avons conçu un système de stockage qui stocke l’énergie comme une batterie. De plus, de manière à réduire les volumes de stockage, nous utiliserons un matériau à changement de phase (chaleur latente). Nous devons donc définir ce matériau pour obtenir le meilleur coefficient en joule par degré.

Le dernier problème est le manque de production des panneaux quand une grande demande est requise. Pour résoudre en partie ce problème, nous orienterons les panneaux perpendiculaires au soleil en période hivernale. Nous pouvons utiliser aussi un tracker numérique gardant toujours les panneaux dans la position optimale.

Le nouveau panneau est un panneau hybride utilisant un échangeur de petite taille au dos du panneau photovoltaïque. Cet échangeur est connecté à un système thermodynamique. Le système thermodynamique se servira de l’enthalpie du gaz R134a pour maintenir la température du panneau au niveau désiré. A la sortie du compresseur, un autre échangeur est connecté et sa sortie va sur un réservoir qui contient les matériaux à changement de phase. Ce matériau pourra être de l’acétate de sodium tri hydraté, ce matériau a un coefficient de changement de phase’ très important (28 fois supérieur à l’eau). Le volume de la cuve de stockage sera fonction de l’installation et de l’énergie demandée. Avec le matériau défini, nous pouvons stocker 100 kWh/m3. Cette cuve contiendra une autre cuve sans laquelle un gaz à définir sera présent. Ce gaz servira à alimenter une turbine. En fait, l’excès d’énergie pourra être converti en électricité par un turbo générateur. Ce dernier réceptacle contiendra donc un gaz sous pression pour ce turbo générateur. Le compresseur du système thermodynamique sera alimenté électriquement par les panneaux voltaïques et des batteries feront le tampon. Ces batteries ne sont pas encore définies. Un autre groupe de batteries sera connecté sur le turbo générateur pour absorber les demandes pics d’électricité.

N. B. : Pour cette seconde étude dont les éléments nous ont été suggérés par un partenaire potentiel, il est compréhensible que comme pour la première, une organisation industrielle serait le partenaire idéal…

Remarques :

Ce n’est pas seulement par altruisme que nous essayons de coordonner plusieurs partenaires…

D’une part, l’âge et l’expérience font que nous préférons un petit morceau d’un gros gâteau, d’autre part, la vente de nos motorisations que nous maîtrisons est un puissant facteur de rationalité.