Une équipe de recherche dirigée par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département américain de l'énergie a proposé une nouvelle approche du refroidissement des modules solaires utilisant le transfert de flux de chaleur dans les grandes centrales solaires.

Leur modélisation prend en compte des facteurs tels que l'espacement des rangées, la hauteur des panneaux de modules et l'angle d'inclinaison. Les entrées d'échelle sont également utilisées pour démontrer l'espace d'air autour ou à travers les modules solaires. En revanche, dans les modèles standard, la longueur généralement utilisée est une proportion de la taille du module, sans tenir compte de la configuration de l'installation photovoltaïque.

"Les courbes de transfert de chaleur par convection sont générées par des simulations de flux informatiques et des expériences en soufflerie, ce qui permet de décrire le transfert de chaleur par convection comme une valeur d'échelle de longueur d'écart qui décrit l'espacement de l'ensemble du générateur photovoltaïque sur une seule unité de longueur", ont déclaré les scientifiques, affirmant que l'utilisation de l'échelle de longueur d'écart peut entraîner une amélioration de 1,5 % de la précision de la production d'énergie.

Leur analyse technico-économique a pris en compte un système photovoltaïque orienté au sud de 1 MW à Phoenix, en Arizona, installé avec un angle d'inclinaison fixe de 30 degrés à différents espacements de rangées ou taux de couverture au sol (GCR). Un coût annuel du bail foncier de 0,054 $/m2 a été supposé. L'espacement des rangs des centrales photovoltaïques varie de 2 m à 11 m, correspondant à des valeurs GCR de 0,73 à 0,08.

"Un espacement accru pourrait permettre d'utiliser une plus grande variété de cultures et davantage de types d'équipements agricoles dans les systèmes photovoltaïques agricoles", a déclaré Jordan Macknick, qui dirige un autre projet de recherche NREL axé sur le photovoltaïque agricole. "Cela pourrait rendre ces systèmes solaires espacés plus rentables et compatibles avec l'agriculture à grande échelle."

Grâce à la modélisation, l'équipe a déterminé que le coût actualisé optimal de l'énergie (LCOE) était de 0,29 $/kWh, avec un espacement des rangées variant entre 4,83 et 7,34 mètres. Le LCOE était de 0,33 $/kWh pour un espacement de deux mètres et de 0,36 $/kWh pour un espacement de 11 mètres.

L'équipe a constaté que les plus grandes améliorations du LCOE se sont produites dans les climats avec des températures ambiantes moyennes annuelles basses et des vitesses de vent moyennes annuelles modérées à élevées aux États-Unis. Ils ont présenté le modèle dans leur étude récente, "Analyse technoéconomique du refroidissement par convection des panneaux photovoltaïques en variant l'espacement des panneaux", publiée dans le IEEE Journal of Photovoltaics.

D'autres recommandations pour l'utilisation du refroidissement convectif des modules solaires incluent le conditionnement rapproché des panneaux photovoltaïques et la prise en compte de la direction du vent et de l'inclinaison du module.