La nouvelle production de chaleur et d'électricité dans les panneaux photovoltaïques intégrés au bâtiment

Alors que leur potentiel pour apporter une grande contribution au défi énergétique mondial est important, les PVIB sont minés par leur mauvaise efficacité, leur coût élevé et leur évacuation de la chaleur inefficace. Le projet de formation BIPV-PCM-COGEN (A novel BIPV-PCM heat and power cogeneration system for buildings), financé par l'UE, a développé une technologie basée sur des boues à matériaux à changement de phase (MCP) qui surmontent ces obstacles pour une diffusion à grande échelle.

Ces boues sont un mélange de particules MCP micro-encapsulées et d'eau. Leur formulation optimale a été déterminée via une combinaison de travaux expérimentaux et de modélisation informatique pour laquelle des logiciels dédiés ont été développés. Les boues renvoient la chaleur vers les modules PV pour augmenter leur efficacité. Des échangeurs thermiques dédiés transfèrent l'énergie thermique des boues MCP vers un réfrigérant utilisé pour ventiler le bâtiment et fournir de la chaleur et de l'eau chaude pour un usage domestique. Tout excès est stocké et renvoyé au système sur simple demande.

Lors de tests en laboratoire du prototype, le module de boues a démontré une efficacité solaire de 83,8 %. L'efficacité thermique et électrique du module et le coefficient de performances du système augmentent avec l'augmentation des turbulences du flux de boues. Sans surprise, le système BIPV-PCM-COGEN produit davantage d'énergie en Europe du Sud qu'en Europe du Nord, principalement en raison d'un plus grand rayonnement solaire et de meilleures températures.

Une étude de la période de retour sur investissement d'un système PVIB, d'un système PVIB et d'un système d'eau et d'un système de boue PVIB-MCP a souligné la supériorité économique du système de boues. Dans les climats du nord, le coût du cycle de vie du système de boues MCP n'était même pas de 10 % de celui d'un système PVIB traditionnel. En Europe du Sud, le système PVIB eau était meilleur, mais les différences étaient moindres.

Enfin, dans les deux climats, le système de boues possède le meilleur potentiel de tous les systèmes PVIB étudiés pour réduire les émissions par rapport aux systèmes de chaleur et d'électricité combinés (CEC). Dans les climats du sud, les émissions peuvent être réduites de presque 95 %, alors que dans les climats du nord, ce chiffre est d'environ 40 %.

Le système CEC intégré et PVIB à base de boues MCP BIPV-PCM-COGEN est une amélioration performante et économique des systèmes PVIB traditionnels. Son intégration parfaite dans des façades de bâtiments et des toits en Europe pourrait rapidement apporter une contribution importante au paysage énergétique de l'UE.