Experimental Performance Characterization and Modeling of Photovoltaic-Thermal Systems for Integration in High Performance Residential Buildings

Les capteurs photovoltaïques intégrés aux bâtiments avec récupération de chaleur (BIPV-T) convertissent l'énergie solaire absorbée en énergie électrique et thermique simultanément à partir d'une seule et même superficie de toit ou de façade, tout en agissant comme une composante intégrale de l'enveloppe du bâtiment. Ainsi, les capteurs BIPV-T démontrent un grand potentiel d'intégration aux bâtiments ayant une superficie limitée de toit ou de façade avec une bonne exposition au soleil ou un objectif énergétique agressif comme par exemple, l'atteinte d'une consommation énergétique nette nulle. Bien que le caractère esthétique et la double-fonctionnalité de cette technologie présente un certain intérêt, le nombre de produits BIPV-T ou de modules photovoltaïques avec récupération de chaleur (PV-T) sur le marché demeure limité. La faible adoption par le marché de cette technologie peut être expliquée par le manque d'information sur son coût-bénéfice, son coût élevé, l'absence d'outils pour estimer la production énergétique et le manque de solutions complètes incluant non seulement le capteur, mais également des stratégies d'utilisation de l'énergie thermique produite. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'élimination de certains obstacles freinant l'adoption des capteurs BIPV-T et PV-T utilisant l'air comme fluide pour récupérer la chaleur en améliorant les connaissances reliées à la caractérisation de la performance et à ses bénéfices réels. La caractérisation de la performance de capteurs PV-T est un défi. Étant donné que les cellules photovoltaïques agissent en tant qu'absorbeur thermique, le rendement thermique est influencé par le rendement électrique et vice-versa. Afin de capturer cette interaction lors de la caractérisation de la performance, un lien doit être établi entre les rendements thermique et électrique. Le Chapitre 4 présente les résultats d'essais expérimentaux effectués en conditions intérieures et extérieures sur deux capteurs PV-T non-vitrés pour valider une méthode qui consiste à utiliser la température équivalente des cellules pour relier la production d'électricité à la production d'énergie thermique dans un capteur PV-T. Cette température peut être estimée à partir de la tension en circuit ouverte sans avoir à mesurer la température des cellules photovoltaïques. Son utilisation évite donc les problèmes associés à la non-uniformité de la température de l'absorbeur et à l'accès à la surface arrière des cellules pour l'installation de senseurs.