Simulation and modelling of thermal and mechanical behaviour of silicon photovoltaic panels under nominal and real-time conditions

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le développement d’un modèle multi-physique numérique, destiné à étudier le comportement optique, électrique et thermique d’un module photovoltaïque. Le comportement optique a été évalué en utilisant des chaines de Markov. Le comportement électrique est obtenu pour les panneaux en Silicium à l’aide d’une méthode d’optimisation numérique. Le comportement thermique est développé en 1D sur l’épaisseur du module, et le modèle multi-physique a été faiblement couplé sous MATLAB. Le comportement sous des conditions nominales d’opération a été validé en utilisant les données déclarées par les constructeurs. Ce modèle a été utilisé pour effectuer une étude paramétrique sur l’effet des irradiances solaires en régime permanent. Le modèle a été validé pour des conditions d’utilisations réelles en comparant avec des mesures expérimentales de température et de puissance électrique. Une étude thermomécanique en 2D sous ABAQUS/CAE et se basant sur le modèle multi-physique a été effectué en conditions nominales d’opération, ainsi qu’en cycle de fatigue selon la norme 61215 pour prédire les contraintes qui sont imposées sur le panneau dans les deux cas mentionnés précédemment.The work presented in this thesis deals with the development of a numerical multi-physics model, designed to study the optical, electrical and thermal behaviour of a photovoltaic module. The optical behaviour was evaluated using stochastic modelling based on Markov chains, whereas the electrical behaviour was drawn specifically for Silicon based photovoltaic panels using numerical optimization methods. The thermal behaviour was developed in 1D over the thickness of the module, and the multi-physics module was weakly coupled in MATLAB. The behaviour of commercial panels under nominal operation conditions was validated using data declared by the manufacturers. This model was used to perform a parametric study on the effect of solar irradiances in steady state. It was also validated for real use conditions by comparing it to experimental temperature and electrical power output. A thermomechanical study in 2D in ABAQUS/CAE based in the multi-physics model was carried out in nominal operating conditions, as well as in fatigue thermal cycling according to the IEC 61215 Standard to predict the stresses that are imposed on the panel