Analyse expérimentale de la performance thermoélectrique des modules générateurs

Les générateurs thermoélectriques (GTE) sont des dispositifs capables de convertir un flux de chaleur en puissance électrique, qui peuvent être employés dans diverses applications. Pour cette raison, il est important d'évaluer leurs performances pour permettre leur utilisation dans des applications industrielles. Ce projet de maîtrise a pour but de faire une caractérisation thermoélectrique des modules générateurs qu'on nommera MTE, en ayant recours à une approche expérimentale basée sur la production d'une différence de température aux surfaces du module. Nous présentons alors un modèle de système de conditionnement et de mesure capable de déterminer les principaux paramètres d'un MTE, pour une large différence de température, sur des modules de dimensions 40 × 40 mm2 et ayant des longueurs de pattes variables (l= 1.5 mm et l= 2 mm). Les paramètres mesurés sont la tension en circuit ouvert VOC, le courant en court circuit ICC, la puissance maximale générée PMAX, le flux de chaleur QH ainsi que l'efficacité de conversion η. À partir de ces grandeurs, il est possible de remonter à la valeur de la résistance électrique interne R du module. Le système de conditionnement et de mesure est muni d'un bloc chaud composé de cartouches chauffantes et d'un bloc froid refroidi à l'eau, entre lesquels le module est compressé. Les températures des deux blocs sont mesurées par des thermocouples placés aux surfaces du MTE. Les procédures de chauffage et de refroidissement sont sous le contrôle d'un régulateur de température de type PID. La pression appliquée sur le module varie de 0 MPa à 1.275 MPa. La différence de température imposée aux surfaces du générateur TE permet de générer une puissance électrique, qui dépend de la pression appliquée. Le MTE à caractériser est connecté à un régulateur électronique de charge (résistance de charge). Les données provenant des thermocouples (température), du régulateur électronique de charge (courant-tension) ainsi que de la cellule de charge (pression) sont enregistrées dans l'ordinateur et les mesures sont assurées par un logiciel incorporé au système de mesure. La pression mécanique appliquée sur le MTE a permis d'augmenter la puissance électrique générée jusqu'à atteindre un plateau après 0.45 MPa. Des tests effectués sur des modules appartenant à un même lot (mêmes dimensions, mêmes longueurs des pattes et mêmes matériaux TE) ont démontré que ces MTE ne présentent pas la même performance TE. Des variations d'au moins 1% ont été observées.