Study Of Heat Transfer In A Photovoltaic Panel By The Finite Difference Method

Abstract

Among the factors that decrease the efficiency of photovoltaic panels are the high operating temperatures of the PV cells. In this study, in order to predict the daily variation of these operating temperatures depending on climatic conditions, we implemented a numerical thermal model using MATLAB. This numerical model is a transient 2D model. It is obtained by discretizing the transversal plane of the solar panel by the implicit scheme of the finite difference method. The program developed during the study allows, not only to know the temperature distribution across the studied domain, but also to calculate some heat transfer parameters such as the total absorbed radiation, the heat exchange coefficients and the internal heat generated. Keywords: solar panel, PV cell, finite difference method, implicit scheme and temperature. RESUME Parmi les facteurs qui diminuent les rendements des panneaux photovoltaïques figurent les températures de fonctionnement élevées des cellules PV. Dans cette étude, afin de prédire la variation journalière de ces températures de fonctionnement en fonction des conditions climatiques, nous avons implanté un modèle thermique numérique sous l'environnement MATLAB. Ce modèle numérique est un modèle 2D instationnaire. Il est obtenu par la discrétisation du plan transversal du panneau solaire par le schéma implicite de la méthode des différences finies. Le programme élaboré au cours de cette étude permet, non seulement de connaitre la distribution de la température à travers le domaine étudié, mais, également, de calculer certains paramètres de transfert thermique tels que le rayonnement total absorbé, les coefficients d'échange de chaleur et la chaleur interne générée. Mots-clés : panneau solaire, cellule PV, méthode de différence finies, schéma implicite et température.

ملخص تعتبر درجات حرارة التشغيل العالية للخلايا الكهروضوئية من بين أهم العوامل التي تقلل من كفاءة الألواح الشمسية. في هذه الدراسة، من أجل التنبؤ بالتغير اليومي لدرجات حرارة هذه الخلايا بدلالة الظروف المناخية، قمنا ببرمجة نموذج حراري رقمي في بيئة برنامج ماتلاب. هذا النموذج العددي هو نموذج غير مستقر ثنائي الأبعاد. يتم الحصول عليه عن طريق تقسيم المقطع العرضي للوحة الشمسية من خلال المخطط الضمني لطريقة الفروق المنتهية. البرنامج الذي طورناه أثناء الدراسة، لا يسمح فقط بمعرفة توزيع درجة الحرارة عبر المجال المدروس، ولكن أي ض ا حساب بعض معاملات النقل الحراري مثل : إجمالي الإشعاع الممتص، معاملات التبادل الحراري والحرارة الداخلية المتولدة. الكلمات المفتاحية: الألواح الشمسية و الخلايا الكهروضوئية و طريقة الفروق المنتهية و المخطط الضمني ودرجة الحرارة.