Module photovoltaïque thermique hybride PVT-E

1. Présentation du produit

Les capteurs solaires thermiques et les modules photovoltaïques (PV) sont actuellement les deux principales technologies solaires intégrées au bâtiment qui soutiennent la transition mondiale vers des bâtiments neutres en carbone. Cependant, chacune de ces technologies ne fournit traditionnellement qu'une seule forme d'énergie : les modules photovoltaïques produisent de l'électricité, tandis que les capteurs solaires thermiques produisent de la chaleur. Aucune de ces technologies, prise individuellement, n'est capable de satisfaire simultanément les besoins intégrés d'un bâtiment moderne en électricité, chauffage, climatisation et eau chaude sanitaire. Cette limitation structurelle entraîne une utilisation sous-optimale de l'énergie et une utilisation inefficace des surfaces de construction disponibles.

La technologie hybride PVT (photovoltaïque-thermique) représente une solution systématique à ce problème. En combinant les fonctions photovoltaïques et solaires thermiques au sein d'un seul module intégré, la technologie PVT permet la production simultanée d'électricité et de chaleur à partir d'une même ouverture solaire. De cette manière, le potentiel énergétique total du spectre solaire peut être exploité plus efficacement, transformant le rayonnement solaire incident en énergie électrique et thermique, avec un rendement global du système nettement supérieur.

Le module hybride PVT-E est un produit de conversion d'énergie avancé qui transforme le rayonnement solaire en énergie électrique et thermique utilisable au sein d'un seul composant. Son innovation majeure réside dans le couplage d'un sous-système de récupération d'énergie thermique directement à l'arrière du module photovoltaïque grâce à une structure d'extraction de chaleur intégrée. Cette configuration permet de récupérer et de réutiliser la chaleur résiduelle générée lors du processus de conversion photovoltaïque, au lieu de la dissiper dans l'environnement.

Les sous-systèmes thermique et électrique ne sont pas simplement combinés mécaniquement, mais conçus conjointement en fonction de leurs plages de températures de fonctionnement et de leurs caractéristiques de conversion d'énergie respectives. Grâce à cette conception thermoélectrique coordonnée, le module PVT-E assure un fonctionnement stable et efficace des deux fonctions, même dans des conditions extérieures variables. Ce fonctionnement coordonné minimise les pertes d'énergie internes, stabilise la température de fonctionnement photovoltaïque et améliore significativement l'efficacité globale d'utilisation du rayonnement solaire.

Comparé aux modules photovoltaïques classiques, le module PVT-E multiplie par deux ou trois la production d'énergie électrique et thermique combinée par unité de surface. Il convient ainsi à une large gamme d'applications dans le bâtiment et les infrastructures, notamment le chauffage des locaux, la production d'eau chaude sanitaire et les besoins en chaleur industrielle à basse température. En remplaçant les sources d'énergie fossiles conventionnelles, le module PVT-E contribue directement à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et favorise la décarbonation à long terme du secteur du bâtiment.

2. Avantages du produit

(1) Avantage en matière d'efficacité

Le module PVT-E atteint un rendement énergétique global nettement supérieur à celui des modules photovoltaïques ou des capteurs solaires thermiques fonctionnant seuls. En intégrant la récupération de chaleur à la production d'électricité, le système atteint un rendement d'utilisation de l'énergie solaire combiné pouvant atteindre 80 %.

Les performances des cellules photovoltaïques sont fortement influencées par leur température de fonctionnement. Pour les cellules solaires en silicium cristallin, chaque augmentation de 1 °C de la température réduit généralement le rendement de conversion électrique d'environ 0,3 % à 0,5 %. Le module PVT-E extrait activement la chaleur à l'arrière des cellules photovoltaïques, maintenant ainsi leur température dans la plage optimale et stabilisant et améliorant la production d'électricité tout en générant simultanément de l'énergie thermique utilisable.

Ce double avantage – amélioration des performances électriques et récupération de la chaleur produite – crée un gain d’efficacité synergique qui ne peut être obtenu par des systèmes photovoltaïques et thermiques séparés.

(2) Avantage d'utilisation de l'espace

Dans les environnements urbains denses et les bâtiments modernes, les surfaces disponibles sur les toits et les façades sont souvent limitées. Le module PVT-E produit à la fois de l'électricité et de la chaleur sur une même surface, doublant ainsi le rendement énergétique par mètre carré.

Comparé à l'approche conventionnelle consistant à installer séparément des panneaux photovoltaïques et des capteurs solaires thermiques, le système PVT-E réduit la surface d'installation requise d'environ 50 %, permettant une densité énergétique plus élevée sur les toits et les enveloppes des bâtiments sans augmenter l'emprise au sol.

(3) Avantage environnemental

Le système PVT-E fonctionne sans émissions directes de dioxyde de carbone pendant son fonctionnement. Il approvisionne les bâtiments et les processus industriels en électricité et en chaleur renouvelables, remplaçant directement les sources d’énergie fossiles telles que le charbon, le pétrole et le gaz naturel.

En fournissant les deux formes d'énergie à partir d'une seule source renouvelable, le module PVT-E contribue à des réductions substantielles des émissions de carbone opérationnelles et soutient les objectifs d'atténuation du changement climatique à long terme dans les secteurs du bâtiment et de l'industrie.

(4) Avantage économique

La double production d’électricité et de chaleur crée deux flux de valeur économique parallèles à partir d’un seul investissement. Les utilisateurs bénéficient simultanément d’une réduction des achats d’électricité et d’une réduction de la consommation de combustible pour le chauffage.

De plus, en maintenant des températures de fonctionnement plus basses pour les cellules photovoltaïques, le système réduit les contraintes thermiques sur les matériaux d'encapsulation et les composants électriques, prolongeant ainsi la durée de vie des modules et diminuant les coûts de maintenance. Il en résulte une meilleure performance financière à long terme et un retour sur investissement plus élevé que les solutions solaires conventionnelles.

3. Indicateurs clés de performance technique

(1) Couplage thermoélectrique pour une utilisation optimale de l'énergie

Le module PVT-E utilise une technologie de couplage thermoélectrique avancée pour fournir une alimentation intégrée en chaleur et en énergie à partir d'un seul composant. Lors de la conversion photovoltaïque, une part importante du rayonnement solaire absorbé est convertie en chaleur. Cette chaleur est activement captée par le sous-système thermique intégré et évacuée de la couche photovoltaïque.

En contrôlant la température de surface des cellules photovoltaïques dans la plage d'efficacité optimale de 25 à 45 °C, le système maintient des performances électriques élevées tout en récupérant l'énergie thermique pour le bâtiment. De ce fait, le rendement global d'utilisation de l'énergie solaire dépasse 80 %.

(2) Contrôle de la température pour une longévité et une fiabilité accrues

Les températures de fonctionnement élevées accélèrent le vieillissement des matériaux d'encapsulation et de l'isolation électrique, et augmentent le risque de formation de points chauds susceptibles d'endommager les cellules photovoltaïques. La gestion thermique active du système PVT-E réduit les contraintes thermiques, ralentit la dégradation des matériaux et atténue le risque de formation de points chauds.

De ce fait, le système prolonge non seulement la durée de vie du module, mais augmente également la production cumulée d'électricité sur la durée de vie du module de plus de 16 % par rapport aux systèmes photovoltaïques conventionnels fonctionnant à des températures plus élevées.

(3) Technologie avancée de lamination sous vide et de polymérisation thermique

Le module PVT-E surmonte les principaux défis liés à la lamination sous vide et au durcissement thermique dans la fabrication des modules hybrides. Grâce à des procédés optimisés de lamination sous vide et de collage par durcissement thermique, le système assure une intégration structurelle sans défaut entre les couches photovoltaïques et thermiques.

Ce procédé élimine les microfissures, les bulles d'air et les défauts de délamination, ce qui permet d'obtenir des performances stables à long terme, une fiabilité structurelle accrue et une efficacité thermoélectrique soutenue tout au long du cycle de vie du produit.

4. Innovations et percées technologiques

(1) Conversion d'énergie à haut rendement et double optimisation

En étudiant les mécanismes de couplage photovoltaïque-thermique et en établissant des modèles de couplage transitoire, le système permet un contrôle précis des paramètres du fluide caloporteur grâce à une régulation PID. Ceci maintient le module dans sa plage de température optimale, atteignant un rendement électrique de 22,4 % et un rendement thermique supérieur à 35 %, ce qui triple l'utilisation totale de l'énergie solaire par rapport aux systèmes traditionnels.

(2) Intégration de revêtements sélectifs spectraux

Le système intègre des revêtements multicouches sélectifs spectraux, obtenus par des procédés combinant PVD et CVD. Ces revêtements permettent une utilisation optimale du spectre solaire, optimisant l'absorption et l'efficacité de conversion sur une large gamme de longueurs d'onde et maximisant ainsi l'utilisation de l'énergie optique.

(3) Technologie de couplage de transfert de chaleur à haut rendement

Les procédés de collage avancés permettent de relever les défis liés à la compatibilité des matériaux, à l'adhérence intercouche et au contrôle des contraintes thermiques sous vide. L'optimisation du durcissement par gradient de température et de la disposition des dissipateurs thermiques réduit la résistance thermique interfaciale et améliore l'efficacité du transfert de chaleur ainsi que la stabilité à long terme.

(4) Conception à faibles pertes thermiques

Grâce à la modélisation multiphysique et à l'analyse des pertes thermiques, le système intègre une isolation en composite d'aérogel, des couches d'isolation décalées, des revêtements sélectifs et un emballage sous vide dans une architecture à faibles pertes. Ceci réduit considérablement les pertes de chaleur par convection et rayonnement, préservant ainsi la qualité de l'énergie thermique pour une utilisation pratique.

5. Pourquoi choisir Soletks Solar

Soletks Solar a mis en place une chaîne technologique et industrielle complète dans le domaine de l'énergie solaire propre. L'entreprise détient plus de 30 brevets clés couvrant les revêtements sélectifs d'absorbeurs, le couplage thermoélectrique et l'intégration de systèmes thermiques à panneaux plans, la plupart de ces technologies étant déjà industrialisées.

Une plateforme d'essais d'énergie propre à plaques planes de 500 m², équipée d'analyseurs spectraux, de systèmes de test de tension inductive et d'équipements de test de performance thermique, garantit une validation complète des produits. Des lignes de production intelligentes, avec des taux d'automatisation supérieurs à 85 %, assurent une qualité constante, une productivité élevée et des délais de livraison fiables.

Grâce à une solide expérience technique, une maturité industrielle et un contrôle qualité rigoureux, Soletks Solar offre non seulement des produits de pointe, mais aussi une fiabilité technique à long terme aux clients à la recherche de solutions énergétiques durables.