FR3084542A1 - Cellule photovoltaique a thermomanagement - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un ddispositif de production d'électricité comprenant : - une ou plusieurs modules photovoltaïques, - au moins un dispositif ou moyen de transfert d'au moins une partie de la chaleur, reçue par au moins un module photovoltaïque, vers au moins un moyen ou dispositif de stockage de chaleur, ledit dispositif de stockage de chaleur comprenant au moins un matériau stockant de la chaleur par modification de l'enthalpie du matériau), ledit dispositif de production d'électricité comprenant un dispositif ou moyen de production de froid à partir de la chaleur stockée. L'invention concerne aussi un procédé de production d'électricité à partir d'énergie solaire, ledit procédé comprenant la conversion d'énergie solaire reçue par au moins un module photovoltaïque en électricité, le stockage d'au moins une partie de la chaleur reçue par au moins un module photovoltaïque, la génération de froid à partir de la chaleur stockée, et éventuellement le stockage du froid généré et la restitution du froid stocké, dans lequel du froid généré, ou éventuellement stocké, est transféré à au moins un module photovoltaïque.
Description
Cellule photovoltaïque à thermomanagement
La présente invention concerne un dispositif de production d'électricité à fonctionnement amélioré, en particulier comprenant au moins un module photovoltaïque et un dispositif de valorisation de la chaleur reçue par un module photovoltaïque.
La présente invention concerne également un procédé de production d'électricité et de valorisation de l’énergie utilisant un tel dispositif et les applications de ce dispositif, en particulier pour améliorer la production d’électricité.
État de la technique
Dans le domaine du photovoltaïque, différentes architectures de modules photovoltaïques pour la production d'électricité à partir des radiations solaires sont envisagées dans l’état de la technique.
L'architecture et les matériaux utilisés pour la préparation des modules photovoltaïques font l'objet d'efforts de développement très importants à ce jour, notamment pour améliorer le rendement des dispositifs photovoltaïques.
L'invention s'inscrit dans un tel développement.
L'efficacité d'un module photovoltaïque est fortement affectée par la température, en particulier lorsque celle-ci augmente. Or, lors de son fonctionnement, le module, qui a vocation à être exposé au maximum aux radiations solaires, reçoit une quantité importante de chaleur. La chaleur reçue par les modules photovoltaïques fait augmenter nécessairement la température du module et dégrade ainsi le rendement de conversion photovoltaïque de l’ordre de 0,5%/K.
Ce phénomène vient donc malheureusement contrebalancer les efforts de développements techniques sur l'architecture et les matériaux améliorant le fonctionnement d’un module photovoltaïque.
Il est connu dans la littérature de coupler un module photovoltaïque avec un matériau stockant de la chaleur par changement d’état, appelé aussi matériau à changement de phase (PCM pour « Phase-Change Material >> en anglais) placé à l’arrière du module pour réduire sa température de fonctionnement et ainsi augmenter son efficacité. On peut citer par exemple: S. Khanna et al., “Performances analysis of tilted photovoltaic system integrated with phase change material under varying operating conditions”, Energy 133 (2017) 887-899; A. Machniewicz et al., “Effect of transition temperature on efficiency of PV/PCM panels”, Energy Procedia 78 (2015) 1684-1689. De telles approches se limitent finalement à un piégeage de la chaleur lors de la journée, le matériau PCM peut alors relarguer cette chaleur la nuit. La quantité de PCM en jeu reste assez réduite ce qui limite le gain en efficacité du module photovoltaïque. D’autres systèmes ont été proposés permettant le stockage d’une partie de la chaleur du module photovoltaïque et sa possible utilisation pour chauffer un fluide, de l’air ou de l’eau. L’idée étant alors de tenter de valoriser cette chaleur piégée au sein du PCM. On peut citer notamment, C.S. Malvi et al. “Energy balance model of combined photovoltaic solar-thermal system incorporating phase change material”, Solar Energy 85 (2011) 1440-1446, M.C. Browne et al., « Phase change materials for photovoltaic thermal management », Renewable and Sustainable Energy Reviews 47 (2015) 762-782 et Hasan et al., “Energy Efficiency Enhancement of Photovoltaics by Phase Change Materials through Thermal Energy Recovery”, Energies 2016, 9(10), 782; https://doi.org/10.3390/en9100782. Le fonctionnement des modules photovoltaïques demande toutefois à être encore amélioré.
Buts de l’invention
Ainsi, l'invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à fournir un dispositif de production d'électricité à partir d'un ou plusieurs modules photovoltaïques.
L'invention a en particulier pour but de résoudre le problème technique consistant à améliorer le rendement de conversion d'un module photovoltaïque.
L’invention a encore pour but de résoudre le problème technique consistant à améliorer le fonctionnement énergétique d'un dispositif de production d'électricité.
En particulier, l’invention a pour but de résoudre le problème technique consistant à améliorer le fonctionnement d'un module photovoltaïque.
L’invention a aussi pour but de résoudre le problème technique consistant à fournir un dispositif de production d'électricité notamment pour diminuer les coûts de commercialisation et d’exploitation de modules photovoltaïques.
Description de l'invention
L'invention concerne donc un dispositif de production d’électricité améliorant le fonctionnement d’un module photo voltaïque en limitant son échauffement, notamment lié à la réception d’énergie solaire.
Avantageusement, l'invention permet d’améliorer le rendement de modules photovoltaïques en limitant leur température. En effet, le rendement de modules photovoltaïques refroidis est plus élevé qu’à plus haute température (sans refroidissement). La production d’électricité est ainsi améliorée par un dispositif ou procédé selon la présente invention.
Avantageusement, l'invention permet de valoriser la chaleur reçue par un module photo voltaïque et de stocker au moins une partie de cette chaleur.
Avantageusement, l'invention permet de convertir la chaleur stockée en froid.
Avantageusement, l'invention permet d'utiliser le froid généré pour améliorer le rendement photovoltaïque tout en valorisant au maximum l'énergie solaire, notamment avec des cycles générant et/ou stockant de la chaleur et du froid.
L'invention concerne donc aussi un dispositif de production d’électricité améliorant le fonctionnement énergétique en valorisant à la fois les radiations solaires sous forme d’électricité et d’énergie thermique (chaleur/froid).
Le terme « chaleur » est utilisé ici dans son sens technique classique de thermodynamique. Typiquement, la chaleur représente le transfert thermique (échange d'énergie thermique entre deux systèmes).
La quantité de chaleur Q, exprimée en joule (J), est la quantité d'énergie échangée.
Le terme « froid » désigne ici a contrario la perte d’une quantité de chaleur.
La présente invention concerne un dispositif de production d’électricité comprenant :
- une ou plusieurs modules photovoltaïques,
- au moins un dispositif ou moyen de transfert d’au moins une partie de la chaleur, reçue par au moins un module photovoltaïque, vers au moins un moyen ou dispositif de stockage de chaleur, ledit dispositif de stockage de chaleur comprenant au moins un matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau), ledit dispositif de production d’électricité comprenant un dispositif ou moyen de production de froid à partir de la chaleur stockée.
La présente invention concerne donc également une méthode d’amélioration du rendement photovoltaïque lors de la production d'électricité par un ou plusieurs modules photovoltaïques et la gestion (ou management) de l’énergie thermique reçue par le ou les modules photovoltaïques.
L’invention permet donc très avantageusement une gestion améliorée, voire optimale, de l’énergie solaire tout en optimisant le rendement de conversion photovoltaïque en diminuant la température de fonctionnement du module photovoltaïque qui produit un meilleur rendement, par exemple à 20°C qu’au-delà de 50°C.
La présente invention concerne donc un dispositif et une méthode maintenant la température d’un ou plusieurs modules photovoltaïques en-dessous d’une température prédéterminée, par exemple fixée à 50°G
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend un dispositif ou moyen de régulation de la température à une température inférieure à une température prédéterminée.
Selon un mode de réalisation, le dispositif ou moyen de régulation comprend ou consiste en un dispositif ou une boucle de rétroaction actionnant et/ou régulant le transfert de froid vers un ou plusieurs modules photovoltaïques. Ce dispositif ou boucle peut comprendre avantageusement une régulation électronique du transfert de froid.
Le terme « matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau » désigne un composé ou combinaison de composés chimiques permettant de stocker de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau, et par exemple par changement d’état, y compris par une ou plusieurs réactions chimiques (appelée en général enthalpie de réaction) et notamment par la sorptiondésorption, par exemple d’un composé adsorbé sur un élément adsorbant (appelé aussi sorbant), en général solide, ledit composé adsorbé étant en général désorbé sous forme gazeuse dans les conditions de pression et température de fonctionnement.
Selon une variante, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie forme un couple d’un premier composé, en général solide et d’un deuxième composé susceptible d’être « piégé » ou « libéré » par le premier selon les conditions thermodynamiques, notamment de pression et température. En général, le premier composé permet d’adsorber, de manière physique et/ou chimique, le deuxième composé. En général le deuxième composé est un composé libéré sous une forme fluide pour son transfert du moyen ou dispositif de stockage de chaleur vers le moyen ou dispositif de production de froid.
Avantageusement, selon une variante, le composé piégé par le composé solide est libéré sous forme gazeuse et circule du moyen ou dispositif de stockage de chaleur vers le moyen ou dispositif de production de froid où il y est condensé. Le liquide condensé peut ensuite être vaporisé par un évaporateur le moment souhaité. C’est lors du passage liquide/gaz que l’invention permet de générer du froid par changement d’état.
Selon une variante, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie est choisi parmi les composés chimiques (« piège >> ou sorbant) susceptibles de libérer des molécules de solvants sous forme de gaz (aux conditions de pression et de température de fonctionnement), notamment lors d’une élévation de température (apport de chaleur). Lorsque le composé est adsorbé, le phénomène de désorption du gaz présent sur le sorbant est en effet endothermique (qui nécessite l’apport d’une quantité de chaleur AHsorp). A l’opposé, la fixation de gaz sur le sorbant est exothermique (libère la quantité de chaleur de sorption AHsorp). Ainsi, avantageusement, l’invention utilise le phénomène réversible de sorption chimique et/ou physique entre un composé, susceptible d’être sous forme gazeuse ou liquide, et un sorbant. La sorption est de préférence chimique pour générer une quantité de chaleur plus importante.
Avantageusement, le dispositif de production d’électricité selon l’invention comprend au moins un dispositif ou moyen de transfert du froid généré vers un ou plusieurs modules photovoltaïques.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de production d’électricité selon l’invention comprend au moins un dispositif ou moyen de stockage du froid généré.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de production d’électricité selon l’invention comprend au moins un dispositif ou moyen de relargage du froid stocké.
Selon un mode de réalisation, le moyen ou dispositif de stockage de chaleur est en communication fluidique avec un dispositif ou moyen de production de froid.
Comme matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie, on peut par exemple citer les sels et sorbants, par exemple utilisés dans des dispositifs fonctionnant avec de l'ammoniac (comme par exemple décrit par N. Le Pierrès et al., « Experimental results of a solar powered cooling system at low temperature», International Journal of Refrigeration 30 (2007) 1050-1058), le stockage de chaleur se réalise par exemple par un élément adsorbant l’ammoniac gazeux, l’élément adsorbant étant disposé dans un réservoir (ou réacteur). Cet élément adsorbant est un sel (préférentiellement BaCI2) éventuellement supporté sur une matrice de graphite. La chaleur apportée au réservoir provoque la désorption du gaz de l’adsorbant et engendre la circulation du gaz dans la conduite de communication entre le réservoir de stockage et un évaporateur. L’évaporateur forme un réservoir de stockage de l'ammoniac sous forme liquide dans cette étape. Pour la production de froid, l'ammoniac liquide est évaporé et circule dans la conduite de communication sous forme gazeuse dans le sens inverse pour s’adsorber sur l’élément adsorbant.
Ainsi, comme matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie on peut utiliser un système {sorbant-gaz}, comme par exemple du chlorure de baryum (BaCI2) en combinaison avec l’ammoniac (NH3).
Selon un mode de réalisation, l'étape de stockage de la chaleur est réalisée par déshydratation d'un sel, typiquement d'un sel hydraté. Le sel hydraté est contenu dans un premier réservoir. Lors de la déshydratation, l’eau produite est transférée vers un deuxième réservoir. Lors de l'étape de production de froid, le phénomène inverse est utilisé, c'est-à-dire que l'eau du deuxième réservoir est transférée vers le premier réservoir contenant le sel pour hydraté le sel.
Ainsi, selon une variante, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie est choisi parmi les sels hydratés. Ils sont en général issus d'une combinaison de sels et d'eau. On peut citer par exemple : le sulfate de sodium hydraté (Na2SO4, 10H2O), les chlorures de calcium (CaCI2, 6 H2O), de magnésium (MgCI2, 6H2O), le nitrate de magnésium (Mg(NO3)2, 6H2O). Avantageusement, le sel hydraté ou solvaté est couplé à des charges conductrices thermiques, comme par exemple des charges carbonées type graphite, noirs de carbone, nanotubes de carbone, graphène ; ou des métaux inoxydables pour favoriser le transfert thermique au sein du matériau. Typiquement, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie (sorbant ou sel hydraté) peut comprendre des charges conductrices, avec de préférence les charges conductrices thermiques présentant une morphologie poreuse pour favoriser les transferts de masse (gaz).
De préférence, pour stocker efficacement la chaleur accumulée au sein d’un module photovoltaïque, par exemple lors d’une journée, la quantité nécessaire de matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie est importante et doit être stockée au sein d’un réservoir en contact indirect avec le module photovoltaïque (module PV). On parle de contact indirect lorsque que le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie est en contact indirect, c'est-àdire via l'intermédiaire d'un autre matériau, par exemple conducteur thermique, avec au moins un matériau du module PV. On désigne ici par matériau du module PV, un matériau utile pour le fonctionnement du module PV.
Selon une variante, le matériau conducteur thermique est un fluide caloporteur.
Ainsi, avantageusement, la présente invention limite la température d'un ou plusieurs modules PV, d'une part par extraction de la chaleur reçue. Avantageusement, la chaleur reçue est transférée vers un dispositif de stockage de la chaleur et permet la production de froid grâce au dispositif ou moyen de production de froid, lequel transfert avantageusement le froid généré vers un ou plusieurs modules PV, de préférence en ayant besoin.
Selon un mode de réalisation particulier, le module PV est en contact direct avec un matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie, et en particulier un matériau à changement d’état (connu sous la dénomination de « PCM >>). Un matériau à changement de phase (MCP ou plus connu en anglais sous l’acronyme PCM pour « Phase-Change Material >>) est un matériau capable de stocker une quantité de chaleur substantielle via son changement de phase. Le terme « changement d’état >> est utilisé ici dans son sens technique classique en thermodynamique, c’est-à-dire typiquement d’une transition de phase lors du passage d'un état de la matière à une autre. Par exemple, le changement d'état physique a lieu dans une plage de température généralement allant de 0°C à 85°C, et de préférence de 10°C à 80°C, et encore de préféence à une température inférieure à 50°C. On préfère en général un PCM avœ une température de changement d’état (ou température de fonctionnement) évitant une dégradation excessive du fonctionnement d’un module PV, et par exemple inférieure ou égal à 50°C, à 45°C, à 40°C, à 35°C, ou à 30°C. On peut quarticulier se référer à l’article M.C. Browne et al., Phase change materials for photovoltaic thermal management, Renewable and Sustainable Energy Reviews 47 (2015) 762-782 relatif à différents systèmes de modules PV utilisant des PCM et incorporé ici par référence.
Selon un mode de réalisation, le PCM et le matériau du module PV forment des couches superposées.
Selon un mode de réalisation le PCM, un matériau conducteur thermique et le matériau du module PV forment des couches superposées, le matériau conducteur thermique étant en contact avec le matériau de la cellule photovoltaïque et le PCM.
Avantageusement, la chaleur reçue par le module PV, éventuellement stockée de manière intermédiaire par un PCM, est transférée au moyen ou dispositif de stockage de chaleur par un matériau conducteur thermique, par exemple un fluide caloporteur. Le matériau conducteur thermique est par exemple contenu dans une conduite maximisant la surface d’échange de chaleur avec le module PV, ou éventuellement avec un PCM si présent. On peut citer des conduites en serpentin comme exemple illustratif parmi toutes les formes connues de l’homme du métier pour optimiser la surface d’échange pour un transfert de chaleur. L’invention couvre l’ensemble de ces formes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de production d’électricité comprenant le dispositif ou moyen de stockage de froid comprend au moins un matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau.
Selon un mode de réalisation, le PCM du moyen ou dispositif de stockage de froid (PCM2) est en contact, direct ou indirect, avec au moins un matériau du module photovoltaïque.
Selon un mode de réalisation, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau du moyen ou dispositif de stockage de chaleur (M1) comprend au moins deux composés chimiques fonctionnant en coopération dont un premier des composés peut être sous forme gazeuse ou liquide, désigné ici « composé G/L » et un deuxième des composés, de préférence solide, étant capable d’adsorber le composé G/L, désigné ici sorbant, le dispositif comprend une conduite de communication fluidique dudit composé G/L du dispositif ou moyen de stockage de chaleur vers le dispositif ou moyen de production de froid et une conduite de communication fluidique du composé G/L du dispositif ou moyen de production de froid vers le dispositif ou moyen de stockage de chaleur, identique ou différente de la conduite de communication fluidique dudit composé G/L du dispositif ou moyen de stockage de chaleur vers le dispositif ou moyen de production de froid, ledit dispositif ou moyen de stockage de chaleur comprenant un réservoir de stockage du composé G/L adsorbé par le sorbant, et ledit dispositif ou moyen de production de froid comprenant un réservoir de stockage du composé G/L sous forme liquide.
Selon un mode de réalisation, la ou les conduites permettent le transfert du composé G/L sous forme gazeuse.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif ou moyen de condensation du composé G/L pour condenser le composé G/L gazeux dans le réservoir du dispositif ou moyen de production de froid.
Selon une variante, le dispositif comprend l'apport de chaleur via un fluide caloporteur à un réacteur (qui peut être aussi un réservoir de stockage) du dispositif de stockage de chaleur comprenant un ou plusieurs matériaux stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie à la température de fonctionnement, le réacteur étant en communication fluidique avec un évaporateur. De préférence la communication fluidique est régulée et/ou stoppée par une vanne. Par exemple, lorsque le réacteur reçoit de la chaleur extérieure, le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie libère avantageusement un gaz lequel circule dans la communication fluidique vers l’évaporateur, pour y être condensé. Typiquement, la vanne, de préférence présente, est fermée pour isoler le réacteur de l’évaporateur en termes de communication fluidique. Ensuite, l'évaporation du gaz condensé dans l’évaporateur permet de produire du froid.
Lors de cette première étape, la chaleur reçue par le module PV est transférée au réservoir comprenant l’élément piégeant le gaz. A l'étape suivante, l’évaporateur de gaz, typiquement de l'ammoniac, produit du froid. L’adsorption du gaz sur le sel génère une chaleur substantielle pouvant alors être valorisée.
La condensation et l’évaporation sont avantageusement mises en œuvre par refroidissement/chauffage des zones des dispositifs concernés. On peut par exemple condenser le gaz simplement par passage du gaz du dispositif de stockage de la chaleur qui est typiquement à une température T1 plus élevée que la température du dispositif de production de froid T2. Ainsi le gaz évaporé dans le dispositif de stockage de la chaleur, refroidit dans le dispositif de production de froid où il est condensé. L’évaporation du liquide condensé, contenu dans le dispositif de production de froid, est réalisée par exemple par apport de chaleur du module PV et/ou d’une autre source de chaleur.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de stockage de chaleur et le dispositif de production de froid fonctionnent sous pression réduite, c’est-à-dire sous pression inférieure à la pression atmosphérique, notamment pour jouer sur les paramètres thermodynamiques et favoriser l’évaporation et/ou la condensation du gaz.
Selon un mode de réalisation préférée, le système de réfrigération par adsorption comprend notamment un absorbeur, un condenseur, un réservoir d'ammoniac et un évaporateur. Les cycles d'un système de réfrigération sont connus de l'art antérieur.
On peut avantageusement réaliser des cycles de transfert de calories de manière périodique. Selon un mode de réalisation, le cycle de transfert de calories est journalier. On peut ainsi stocker la chaleur apportée par le soleil dans le réservoir comprenant l’élément adsorbant qui peut restituer cette chaleur en fin de journée, la nuit ou au moment d'un moindre ensoleillement.
Selon un mode de réalisation, le froid produit peut être stocké dans un dispositif de stockage du froid. Un tel dispositif peut par exemple comprendre un ou plusieurs matériaux à changement d'état (PCM).
Selon un mode de réalisation, le matériau à changement d'état du dispositif de stockage de froid est une paraffine ou un acide gras, ou l'une quelconque de leurs combinaisons.
Selon un mode de réalisation, ladite conduite comprend une vanne d’arrêt et/ou de régulation du débit fluidique du composé G/L entre le dispositif ou moyen de stockage de chaleur et dispositif ou moyen de production de froid.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins un dispositif ou moyen de production de froid comprenant un matériau conducteur thermique transférant du froid stocké par le moyen ou dispositif de stockage de froid vers un élément ou dispositif nécessitant un refroidissement.
Selon un mode de réalisation, l’élément ou dispositif nécessitant un refroidissement est choisi parmi un immeuble, un ou plusieurs des modules photovoltaïques du dispositif de production d’électricité, et l’une de leurs combinaisons.
Selon un mode de réalisation, le dispositif ou moyen de production (ou restitution) de froid est un dispositif ou moyen choisi parmi une machine réfrigérante, un dispositif selon la présente invention, et l’une quelconque de leurs combinaisons.
Selon un mode de réalisation, le dispositif ou moyen de production de froid comprend un échangeur de chaleur, en particulier lorsque le froid est délocalisé ou transporté.
Avantageusement, le froid généré, ou éventuellement stocké, peut être restitué pour refroidir une ou plusieurs des modules photovoltaïques.
Selon un mode de réalisation, le froid généré, ou éventuellement stocké, peut par exemple être restitué pour alimenter un système de climatisation, par exemple destiné à climatiser un immeuble (appartement, maison, bureau, usine, une ferme solaire, etc.).
L’invention concerne également un procédé de production d’électricité à partir d’énergie solaire, ledit procédé comprenant la conversion d’énergie solaire reçue par au moins un module photovoltaïque en électricité, le stockage d’au moins une partie de la chaleur reçue par au moins un module photovoltaïque, la génération de froid à partir de la chaleur stockée, et éventuellement le stockage du froid généré et la restitution du froid stocké, dans lequel du froid généré, ou éventuellement stocké, est transféré à au moins un module photovoltaïque.
L’invention concerne également un procédé de valorisation de l’énergie solaire caractérisé en ce qu’il met en oeuvre au moins un dispositif de production d’électricité selon l’invention.
L’invention concerne également un immeuble comprenant un dispositif selon l’invention ou mettant en oeuvre un procédé selon l’invention.
En particulier, l’invention concerne un immeuble autonome en électricité, comme par exemple une maison appartement, maison, bureau, usine, une ferme (typiquement une ferme solaire), etc.
Sur les figures :
- La figure 1 représente un diagramme schématique d'un mode de réalisation d’un procédé ou dispositif selon la présente invention.
- La figure 2 représente un diagramme schématique d'un mode de réalisation d’un procédé selon la présente invention
- La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d’un dispositif selon la présente invention.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à l'homme de l'art suite à la lecture de la description explicative qui fait référence aux figures qui sont donnés seulement à titre d'illustration et qui ne sauraient en aucune façon limiter la portée de l'invention.
Toute caractéristique apparaissant nouvelle par rapport à un état de la technique antérieure quelconque à partir de la description prise dans son ensemble, incluant les figures, fait partie intégrante de l'invention dans sa fonction et dans sa généralité.
Ainsi, chaque variante et figure a une portée générale.
Sur la figure 1, la source de radiations solaires (8) irradie un module photovoltaïque 1 lequel transmet de la chaleur (+Q) vers un dispositif ou moyen de production de froid 4. Le dispositif ou moyen de production de froid 4 est typiquement composé d'un premier dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur transmise 2, comprenant par exemple un système sorbant/gaz susceptible de stocker de la chaleur par modification de l'enthalpie du système. En fonctionnement, par exemple, le système sorbant/gaz du dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2 voit son enthalpie modifiée, par exemple en transférant le gaz adsorbé sur le sorbant vers un dispositif ou moyen de réception du gaz sous forme liquide 3. Le dispositif ou moyen de réception du gaz sous forme liquide 3 permet avantageusement alternativement de réceptionner le gaz transmis par le dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2 et d'évaporer le liquide sous forme gazeuse, notamment pour renvoyer du gaz vers le dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2. La flèche à double sens sur le schéma représente cet échange, typiquement cyclique, entre les dispositifs ou moyens 2 et 3. Typiquement, lors de l'évaporation du gaz, le moyen ou dispositif de réception du gaz sous forme liquide 3 produit du froid, lequel peut être transmis vers un dispositif ou moyen de stockage du froid 5 et/ou vers un ou plusieurs modules PV 1 pour le/les refroidir. Ce dispositif 5 est typiquement représenté par un matériau à changement de phases (ou PCM). Le dispositif ou moyen 5 peut ainsi transférer du froid vers un moyen ou dispositif d’alimentation en froid 6. Avantageusement, le froid stocké 5 est transféré vers un ou plusieurs modules PV 1 pour le/les refroidir.
Selon une variante, Le dispositif ou moyen de production de froid 4 est composé d'un premier dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur transmise 2, comprenant par exemple un système de sel hydraté susceptible de stocker de la chaleur par modification de l'enthalpie du système. En fonctionnement, par exemple, le système sel hydraté du dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2 voit son enthalpie modifiée, par exemple par déshydratation en transférant de l’eau du sel hydraté vers un dispositif ou moyen de réception d’eau 3. Le dispositif ou moyen de réception d’eau 3 permet avantageusement alternativement de réceptionner l’eau transmise par le dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2 et de transmettre l’eau, notamment pour renvoyer de l’eau vers le dispositif ou moyen réceptionnant la chaleur 2. Typiquement, lors de la (ré)hydratation du sel, le moyen ou dispositif de production de froid 4, et en particulier le dispositif ou moyen de réception d’eau 3, produit du froid lequel est avantageusement transféré en totalité ou en partie vers un ou plusieurs modules PV 1 pour le/les refroidir.
Sur la figure 2, le procédé comprend une étape de réception de radiations solaires 10, laquelle permet la production d'électricité 30 et de chaleur 20. La conversion de l’énergie solaire reçue par au moins un module photovoltaïque en électricité est donc opérée lors de l’étape 30. La production de chaleur 20 est suivie d'une étape de stockage d’au moins une partie de la chaleur 40. Le procédé comprend ensuite la génération de froid 50, et typiquement le stockage 60 du froid généré puis l’alimentation en froid 70.
Avantageusement, le stockage de chaleur 40 peut comprendre une étape de restitution de la chaleur 42, notamment par exemple à un dispositif, moyen ou milieu nécessitant un apport de chaleur.
Avantageusement, la génération de froid 50 peut comprendre une étape d'alimentation en froid 52 d'éléments ou dispositif nécessitant un refroidissement, et avantageusement alimente en froid 52 un ou plusieurs modules PV 1.
Avantageusement, l’alimentation en froid 70 peut comprendre une étape d'alimentation en froid 72 d’éléments ou dispositifs nécessitant un refroidissement, et avantageusement alimente en froid 72 un ou plusieurs modules PV 1.
Sur la figure 3, la chaleur reçue par le module PV 31 est transférée au dispositif de stockage de la chaleur 120 par un fluide caloporteur 35. Le fluide caloporteur apporte dans cet exemple de la chaleur en quantité suffisante pour libérer un gaz d’un composé solide (sel hydraté qui se déshydrate ou composé adsorbé sur un sorbant qui se désorbe) grâce à l’élévation de température dans le dispositif de stockage de la chaleur 120. La pression est avantageusement réduite dans le dispositif de stockage de la chaleur 120 pour favoriser la libération du gaz. Le gaz est condensé dans le dispositif de production de froid 140 par passage dans des conditions de pression et température appropriées. Le fluide caloporteur 35 permet également dans cet exemple d’évaporer le gaz du dispositif de production de froid 140 pour circuler vers le dispositif de stockage de la chaleur 120 par une conduite de circulation 130, comprenant typiquement un détendeur. Ce changement d’état permet de libérer du froid. On peut citer par exemple l’évaporation de l’ammoniaque (liquide) en ammoniac (gaz) comme changement d’état libérant du froid. Le dispositif peut comprendre une vanne de régulation 38 de la distribution du fluide caloporteur 35 entre le dispositif de stockage de chaleur 120 et le dispositif de production de froid 140. Le transfert de chaleur du fluide caloporteur 35 vers le dispositif de stockage de chaleur 120 et le dispositif de production de froid 140 peut être optimisée par un dispositif maximisant la surface d’échange, respectivement 37, 39. Le froid est ensuite avantageusement transféré par un dispositif ou moyen 150 vers le module PV 31.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de production d’électricité comprenant :- une ou plusieurs modules photovoltaïques,- au moins un dispositif ou moyen de transfert d’au moins une partie de la chaleur, reçue par au moins un module photovoltaïque, vers au moins un moyen ou dispositif de stockage de chaleur, ledit dispositif de stockage de chaleur comprenant au moins un matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau), ledit dispositif de production d’électricité comprenant un dispositif ou moyen de production de froid à partir de la chaleur stockée.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif ou moyen de transfert du froid généré vers un ou plusieurs modules photovoltaïques.
- 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif ou moyen de stockage du froid généré.
- 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un dispositif ou moyen de relargage du froid stocké.
- 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen ou dispositif de stockage de chaleur est en communication fluidique avec un dispositif ou moyen de production de froid.
- 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif ou moyen de stockage de froid comprend au moins un matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau .
- 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le PCM du moyen ou dispositif de stockage de froid (PCM2) est en contact, direct ou indirect, avec au moins un matériau du module photovoltaïque.
- 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau stockant de la chaleur par modification de l’enthalpie du matériau du moyen ou dispositif de stockage de chaleur (M1) comprend au moins deux composés chimiques fonctionnant en coopération dont un premier des composés peut être sous forme gazeuse ou liquide, désigné ici « composé G/L » et un deuxième des composés, de préférence solide, étant capable d’adsorber le composé G/L, désigné ici sorbant, le dispositif comprend une conduite de communication fluidique dudit composé G/L du dispositif ou moyen de stockage de chaleur vers le dispositif ou moyen de production de froid et une conduite de communication fluidique du composé G/L du dispositif ou moyen de production de froid vers le dispositif ou moyen de stockage de chaleur, identique ou différente de la conduite de communication fluidique dudit composé G/L du dispositif ou moyen de stockage de chaleur vers le dispositif ou moyen de production de froid, ledit dispositif ou moyen de stockage de chaleur comprenant un réservoir de stockage du composé G/L adsorbé par le sorbant, et ledit dispositif ou moyen de production de froid comprenant un réservoir de stockage du composé G/L sous forme liquide.
- 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la ou les conduites permettent le transfert du composé G/L sous forme gazeuse.
- 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le dispositif comprend un dispositif ou moyen de condensation du composé G/L pour condenser le composé G/L gazeux dans le réservoir du dispositif ou moyen de production de froid.
- 11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ladite conduite comprend une vanne d’arrêt et/ou de régulation du débit fluidique du composé G/L entre le dispositif ou moyen de stockage de chaleur et dispositif ou moyen de production de froid.
- 12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un dispositif ou moyen de production de froid comprenant un matériau conducteur thermique transférant du froid stocké par le moyen ou dispositif de stockage de froid vers un élément ou dispositif nécessitant un refroidissement.
- 13. Procédé de production d’électricité à partir d’énergie solaire, ledit procédé comprenant la conversion d’énergie solaire reçue par au moins un module photovoltaïque en électricité, le stockage d’au moins une partie de la chaleur reçue par au moins un module photovoltaïque, la génération de froid à partir de la chaleur stockée, et éventuellement le stockage du froid généré et la restitution du froid stocké, dans lequel du froid généré, ou éventuellement stocké, est transféré à au moins un module photovoltaïque.
- 14. Procédé de valorisation de l’énergie solaire caractérisé en ce qu’il met en œuvre au moins un dispositif de production d’électricité selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
- 15. Immeuble comprenant un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12 ou mettant en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 14.
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