Modélisation du bilan thermique d’un panneau photovoltaïque par la méthode de Monte Carlo et validation expérimentale

Le déploiement de panneaux photovoltaïques s’est fortement accéléré ces dernières années et, d’après les projections en France et en Europe, ils occuperont une place importante dans les futurs mix énergétiques. Ce développement est lié à l’abaissement du prix au kilowattheure et aux améliorations croissantes des rendements électriques des technologies photovoltaïques.

Cependant, la dépendance de la production électrique aux conditions de fonctionnement des panneaux photovoltaïques reste un sujet de recherche très actif. Par exemple, l’impact négatif de l’augmentation de la température des cellules sur la performance électrique du panneau est un phénomène bien connu. Cette température est le résultat des échanges thermiques entre le panneau et son environnement. Les industriels valident le comportement électrique de leurs modules dans les conditions STC (Standard Test Conditions) alors qu’elles ne sont, la plupart du temps, pas représentatives du point de fonctionnement de ces systèmes en situation réelle. Plusieurs travaux ont été menés dans la littérature afin de simuler le bilan thermique d’un panneau. Deux difficultés principales apparaissent : la variabilité temporelle des paramètres climatiques (e.g. rayonnement solaire, vitesse du vent) et la complexité géométrique du panneau et de son environnement (e.g. ombrages).

Dans ce travail, une résolution de ce bilan thermique par la méthode de Monte Carlo est proposée afin d’intégrer temporellement les paramètres climatiques. Cette méthode a déjà fait ses preuves sur la gestion des géométries complexes et les phénomènes transitoires tels que l’énergie solaire. Afin de valider le modèle, une campagne de tests à température d’air contrôlée a été réalisée au Cerema à Nancy afin d’obtenir des données sur le fonctionnement électrique et thermique d’un panneau photovoltaïque de 310 W. De plus, le modèle est confronté à des données obtenues en conditions réelles sur une plateforme expérimentale également située au Cerema. Les résultats démontrent la capacité de la méthode de Monte Carlo à simuler la température d’un panneau photovoltaïque en régime transitoire.