Brevet FR3019410A1 — publié le 20151002

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES. L'invention concerne un dispositif de refroidissement pour panneaux solaires photovoltaïques, permettant l'abaissement des températures des panneaux solaires photovoltaïques, dans le but d'augmenter la durée de vie des panneaux solaires photovoltaïques et de stabiliser le rendement électrique des panneaux solaires photovoltaïques. 10 Plus de 80 % des panneaux solaires photovoltaïques commercialisés, sont constitués de cellules photovoltaïques de silicium mono ou poly cristallin, par ailleurs, il est connu que les cellules photovoltaïques en silicium cristallin se dégradent en fonction de la température, de telle sorte que plus la température au niveau des cellules en silicium cristallin augmente, plus les cellules en silicium cristallin se dégradent. 15 En effet, les cellules photovoltaïques en silicium cristallin constituent le panneau solaire, permettant la production d'électricité grâce à une capture des rayons du soleil. La température d'une cellule photovoltaïque en silicium cristallin varie en fonction de l'importance de l'ensoleillement (rayons forts, présence de nuages ou obstacles sur une zone du panneau solaire photovoltaïque, de la température ambiante et de la présence de vent). La norme NOCT 20 (température nominale d'utilisation des cellules solaires photovoltaïques), est définie pour des conditions idéales de fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques, soit 800 W/M2, AM 1,5, vitesse de vent de 1 m/s et une température ambiante de 20°C. Aussi, la température NOCT des panneaux solaires photovoltaïques, représente la température nominale d'utilisation des panneaux solaires photovoltaïques, et plus la température des cellules 25 solaires photovoltaïques augmente par rapport à la température NOCT, plus le risque de dégradation des cellules solaires photovoltaïques est important. Ainsi, depuis plusieurs années, différentes solutions furent expérimentées pour atténuer voire stopper ce phénomène de dégradation des cellules solaires photovoltaïques en silicium cristallin, dont les trois plus abouties sont : 30 Les panneaux solaires hybrides ( photovoltaïques/thermiques) : Ce type de panneaux solaires fut élaboré de telle sorte que la chaleur dégagée par effet Joule lors de la production d'électricité par les cellules solaires photovoltaïques, soit récupérée par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur dans le but de réchauffer l'eau d'un ballon d'eau chaude sanitaire, pour une utilisation essentiellement domestique de l'eau chaude sanitaire. Cette 35 solution, de panneaux solaires hybrides (photovoltaïques/thermiques), ne peut cependant être utilisée qu'en solution d'appoint de chauffage pour l'eau chaude sanitaire pour la partie solaire thermique du panneau hybride et la température au niveau des cellules solaires photovoltaïques du panneau solaire hybride ne décroit pas de manière suffisante et nécessaire à la stabilisation du rendement électrique du panneau hybride (photovoltaïque/thermique). 40 La convection naturelle : Ce type de procédé consiste en la convection naturelle de l'air en sous face des panneaux solaires photovoltaïques, cette technique permet une légère diminution de la température des panneaux solaires photovoltaïques sans toute fois permettre une réelle stabilisation du rendement électrique des panneaux solaires photovoltaïques, de plus cette technique est très peu efficace dans les zones du globe à vents très faibles, comme en Afrique où pourtant le problème de montée en température des panneaux solaires photovoltaïques est très important. La vaporisation jet d'eau : Ce procédé consiste en la projection de gouttelettes d'eau en surface des panneaux. solaires photovoltaïques, cependant cette technique de rafraîchissement des panneaux solaires photovoltaïques provoque des phénomènes de « hotspot » ou de « points chauds », cela est dû à la répartition hétérogène des gouttelettes d'eau à la surface des panneaux solaires photovoltaïques, créant des zones plus chaudes et d'autres plus froides en surfaces des panneaux solaires photovoltaïques, entraînant des déséquilibres qui à termes dégradent fortement le rendement électrique des panneaux. De plus, les différentes techniques de rafraîchissement de panneaux solaires photovoltaïques, nécessites l'installation des dispositifs de rafraîchissement avant l'implantation de l'installation photovoltaïque ou bien de panneaux solaires photovoltaïques spécifiques. Ainsi, la plus part de ces méthodes ne peuvent intervenir sur des installations déjà en fonctionnement. Le dispositif selon l'invention permet de remédier aux inconvénients liés à l'augmentation de la température en surface des panneaux solaires photovoltaïques et d'augmenter la durée de vie et le rendement électrique des panneaux solaires photovoltaïques (1). En effet, le dispositif selon l'invention comporte selon une première caractéristique un film adhésif thermodurcissable (2) collé en face arrière du panneau solaire photovoltaïque sur lequel sont collés des échangeurs de chaleur en serpentins (3) dç deux types différents, un premier type dit de côté placé de part et d'autre de la boite de jonction de chaque panneau solaire photovoltaïque, et un deuxième type dit de surface recouvrant le reste de la surface de chaque panneau solaire photovoltaïque reliés les uns aux autres via des embouts (4) mâles femelles permettant une connexion des échangeurs de chaleur de façon étanche pour faire circuler en circuit fermé un fluide caloporteur depuis un réservoir de stockage (5) enfoui dans le sol à au moins 2m sous la terre pour profiter de l'inertie de la terre permettant de refroidir le fluide caloporteur pendant la nuit avant chaque redémarrage du circuit, via une pompe hydraulique (6), la circulation du fluide caloporteur est enclenchée par une sonde de température (8) une fois la température de consigne dépassée. Enfin, le déclenchement de la pompe hydraulique et le contrôle de la température est géré par un appareil de régulation (7). En effet, une sonde thermique type PT 100 ou PT 1000 est collée en face arrière du panneau solaire photovoltaïque(8), et branchée au boîtier de régulation (7), de telle sorte que lorsque la température en face arrière des panneaux dépasse la température de consigne assignée, la pompe hydraulique s'enclenche et fait circuler le fluide caloporteur du réservoir de stockage à l'échangeur de chaleur collé en face arrière du panneau solaire photovoltaïque, avant de retourner dans le réservoir de stockage en circuit fermé. Le réservoir de stockage (5), est dimensionné de telle sorte que la quantité de fluide caloporteur soit suffisante pour refroidir efficacement les panneaux solaires photovoltaïques au cours de la journée sans que le fluide soit réchauffé et inefficace. De plus, le réservoir de stockage est conçu de telle sorte que la sortie du fluide caloporteur du réservoir s'effectue par le dessous du réservoir de stockage et le retour du fluide caloporteur se fait par le dessus du réservoir de stockage. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1, représente le dispositif selon l'invention dans son ensemble pour un panneau solaire photovoltaïque, sachant que grâce à la connçctique des échangeurs de chaleur l'installation du dispositif selon l'invention convient à une installation photovoltaïque complète. La figure 2, représente les échangeurs de chaleur, en effet il y en a deux types : premièrement (10) les échangeurs de côté, qui sont les échangeurs de chaleur (11) posés des deux côtés de la boite de jonction (9) du panneau solaire photovoltaïque comportant l'entrée et la sortie du fluide caloporteur, puis les échangeurs de surface qui s'interconnectent pour desservir l'ensemble du panneau solaire photovoltaïque. La figure 3, représente le réservoir de stockage du fluide caloporteur. REVENDICATIONS1) Dispositif de refroidissement de panneaux solaires photovoltaïques caractérisé en ce qu'il comporte un film adhésif (2) sur lequel sont collés des échangeurs de chaleur (3), reliés entre eux par des connecteurs étanches (4) faisant circuler un fluide caloporteur issu d'un réservoir de stockage (5), le fluide caloporteur circule en circuit fermé via une pompe hydraulique (6), lorsque la température en face arrière des panneaux solaires photovoltaïques dépasse la température de consigne donnée par une sonde thermique (8) contrôlée par une régulation (7). Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le film adhésif (2) se colle en face arrière des panneaux solaires photovoltaïques et par ses propriétés thermiques se durcit et se fixe solidement à la surface du panneau avec l'augmentation de la température, sur ce film adhésif seront collés les échangeurs de chaleur (3) faisant c irculer le fluide caloporteur afin de refroidir les panneaux solaires photovoltaïques. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (3) comportent deux types d'échangeurs de chaleur, la première catégorie est les échangeurs de côtés (10) placés d'une part et d'autre de la boite de jonction (9) de chaque panneau solaire photovoltaïque, ces échangeurs de chaleur comportent une entrée et une sortie de fluide caloporteur qui les relies aux autres échangeurs de chaleur par des embouts étanches, puis une deuxième catégorie, les échangeurs de chaleur de surfaces (11), sont reliés les uns aux autres sur toute la surface du panneau solaire photovoltaïque afin qu'il puisse y avoir une distribution uniforme du fluide caloporteur sur toute la surface du panneau solaire photovoltaïque. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que tous les échangeurs de chaleur sont dotés d'une entrée et d'une sortie, ces extrémités sont des embouts mâles femelles permettant la connexion entre les échangeurs de chaleur de façon étanche. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide caloporteur est stocké dans un réservoir de stockage (5), le réservoir de stockage est dimensionné de telle sorte que le réservoir ne monte pas en température de manière à ce que le dispositif selon l'invention puisse être efficace pour le refroidissement des panneaux solaires photovoltaïques, le réservoir de stockage comporte sur la face haute du réservoir l'entrée du fluide caloporteur en retour de circuit, et sur la partie basse la sortie du fluide caloporteur la sortie du fluide caloporteur vers le circuit et les panneaux solaires photovoltaïques. Le réservoir de stockage étant enfoui dans le sol à une profondeur d'au moins 2m afin de profiter de l'inertie du sol pour refroidir le fluide caloporteur pendant la nuit avant un nouveau redémarrage du circuit.