Systèmes hybrides photovoltaïque / thermique / thermoélectrique à concentrateur parabolique : modélisation thermique, analyse paramétrique et études de cas

Hybrid Photovoltaic / Parabolic trough thermal / Thermoelectric systems : thermal modeling, parametric analysis, and case studies

• Auteur / Autrice : Amal Herez
• Direction : Thierry Lemenand, Hisham El Hage, Mohamad Ramadan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergetique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Soutenance le 07/07/2021
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LARIS. Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315)
• Jury : Président / Présidente : David Bigaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charbel Habchi, Mahmoud Khaled
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nolwenn Le Pierrès, Monica Siroux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes photovoltaïques

Énergie solaire

Mots clés libres

Système hybride photovoltaïque

Thermique à concentrateur parabolique

Système hybride photovoltaïque / thermique / thermoélectrique à concentrateur parabolique

Solar Energy

PTPVT Solar Hybrid System

PTPVT-TE Solar Hybrid System

Résumé

Au cours des dernières années, l'énergie solaire a retenu une attention cruciale de la part des chercheurs en raison de son grand potentiel à compenser les carences de production d'énergie. Les recherches et études menées sur l'énergie solaire visent non seulement à optimiser les systèmes d'énergie solaire existants, mais aussi à les combiner pour obtenir des systèmes d'énergie solaire hybrides qui permettent de produire de l'énergie thermique et de générer de l'énergie électrique simultanément. Dans ce contexte, le but de cette étude est d’examiner de manière extensive la littérature liée aux études d’énergie solaire, particulièrement les systèmes hybrides, mais aussi de suggérer de nouveaux systèmes hybrides et d’analyser d’autres systèmes existants en utilisant des modélisations thermiques appropriées ainsi que des analyses paramétriques et études de cas.En premier lieu, nous présentons une nouvelle méthodologie pour établir un modèle photovoltaïque / thermique à concentrateur parabolique (PTPVT « Parabolic Trough Photovoltaic/Thermal »). Une analyse paramétrique est réalisée pour étudier les performances du système et l'influence de plusieurs paramètres. Des études de cas sont mises en œuvre dans trois pays différents pour étudier l'effet des conditions climatiques sur les performances du système. En outre, des analyses économiques et environnementales sont menées pour calculer la période de retour sur investissement du système et la réduction des émissions de CO2 dans les trois pays.De plus, un système photovoltaïque / thermique / thermoélectrique à concentrateur parabolique(PTPVT-TE « Parabolic Trough Photovoltaic Thermal Thermoelectric ») est décrit, dans lequel une modélisation thermique est développée à l'aide d'une nouvelle méthodologie et des études de cas sont réalisées sur trois pays différents avec des analyses économiques et environnementales.

In recent years, solar energy has gained crucial attention from researchers due to its great potential to compensate for energy deficiencies. Solar energy research and studies aim not only to optimize existing solar energy systems, but also to combine them to obtain hybrid solar energy systems that produce thermal energy and generate electric power simultaneously. In this context, the aim of the present doctoral study is to extensively examine the literature related to solar energy studies, particularly hybrid systems, but also to suggest new hybrid systems and to deeply analyze other existing systems using appropriate thermal modeling as well as parametric analyzes and case studies. It all started with a new methodology to drive a thermal model for theParabolic Trough Photovoltaic Thermal system(PTPVT). A parametric analysis is performed to study the performance of the system and the influence of several parameters on it. Case studies are implemented in three different countries to study the effect of climatic conditions on system performance. In addition, economic and environmental analyzes are carried out to calculate the payback period of the system and the amount of CO2 emissions reduced in the three countries. In addition, a Parabolic Trough PhotovoltaicThermal Thermoelectric system (PTPVT-TE) is demonstrated where thermal modeling is developed using a new methodology and case studies are performed on three different countries with economic and environmental analyzes.