Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Systèmes photovoltaïques – Recherche“

Cette étude porte sur la conception d’une installation de production d’hydrogène par électrolyse de la vapeur d’eau à très hautes températures (700 – 1000 °C) dont les ressources énergétiques sont solaires. L’alimentation en électricité se fait par des cellules photovoltaïques et l’alimentation en vapeur est assurée par une centrale solaire à concentration. La simulation numérique de la production d’hydrogène, pour l’installation proposée, est faite en se basant sur les équations caractéristiques régissant l’électrolyse de l’eau, les panneaux photovoltaïques et la centrale solaire à concentration. Le taux de production d’hydrogène est déterminé pour des valeurs différentes du rayonnement solaire et pour différents sites du pays. Les résultats obtenus par le code de calcul établi et dont le but recherché est la détermination des conditions les plus favorables pour une meilleure production d’hydrogène, sont présentés et discutés.

L'hydroélectricité reste la plus importante des énergies renouvelables. Ses apports au système énergétique sont indéniables. Offrant à la fois la possibilité de stockage à différentes échelles de temps (de l'heure à l'année), une grande flexibilité et permettant de répondre aux besoins de services systèmes, l'hydroélectricité joue un rôle essentiel dans la transition énergétique. L'hydroélectricité participe largement au développement économique des territoires. L'usage multiple de l'eau (eau potable, irrigation, soutien d'étiage, navigation) est devenu la règle. Au-delà de la production énergétique, elle est au centre des enjeux liés à la gestion des ressources en eau et au développement des territoires. Mais, dans un contexte énergétique en pleine mutation, l'hydroélectricité doit s'adapter. La question environnementale reste une priorité, avec notamment de nombreuses solutions à apporter sur la continuité piscicole, reposant sur des actions de recherche et d'innovation importantes. De nouvelles technologies sont testées, telles que le couplage énergie photovoltaïque/ STEP, l'installation d'hydroliennes fluviales, et un nouveau regard est porté sur l'énergie des marées. Ce document présente une synthèse de la conférence internationale HydroES 2019 ≪ Quel avenir voulons-nous pour l'hydroélectricité en France et en Europe ? », organisée par la SHF et accueillie par INP ENSE3 à Grenoble, les 29 et 30 janvier 2019.

Un dispositif de guidage automatique des panneaux solaires dans la direction de provenance du flux lumineux améliore sensiblement le rendement de ces générateurs . Dans cet article, il est proposé un capteur basé sur un asservissement extrémal de la tension. Cette dernière est délivrée par un module photovoltaïque placé à proximité du foyer d’un concentrateur de rayonnement solaire. La caractéristique de tension en fonction de l’écart angulaire (angle formé par les directions du soleil et de la normale au capteur) présente un maximum localisé pour un écart nul. Le dispositif recherche en permanence la position optimale de la caractéristique et délivre un signal au système d’entraînement du panneau qui corrige ainsi l’orientation.

Le soleil rayonne sur la terre une puissance de 1.6 1018 kWh/m2/an dans toutes les longueurs d’onde du spectre de la lumière. C’est une source d’énergie renouvelable inépuisable à l’échelle humaine. Aujourd’hui, cette énergie renouvelable suscite une attention particulière au regard des enjeux de la politique énergétique. Elle constitue une réponse capitale au besoin énergétique mondial dans le contexte du réchauffement climatique. Pour un site donné, la connaissance du potentiel énergétique solaire est un paramètre capital pour le développement des recherches scientifiques, technologiques et économiques des systèmes solaires photovoltaïques, mais aussi pour plusieurs autres applications (thermiques, biomasse). Dans ce travail, à l’aide d’un pyranomètre CMP3, nous avons effectué des mesures du rayonnement solaire global au cours de la période de Mai à Octobre 2013 sur le site de la Faculté des Sciences et Techniques de l’Université Abdou Moumouni de Niamey (Niger) pour évaluer le potentiel du site. L’utilisation aussi de modèles validés d’estimation du rayonnement solaire, nous a permis de calculer ce potentiel. Il ressort de l’analyse des résultats une bonne corrélation entre les résultats mesurés et ceux calculés des modèles. Il se dégage aussi que la région de Niamey dispose d’une bonne insolation.

Dans notre travail, nous nous sommes intéressés à mener une recherche technologique sur l’utilisation de l’énergie photovoltaïque afin d’éclairer une route sombre. En effet, nous avons réalisé un système photovoltaïque de type autonome constitué d’un module photovoltaïque, d’un régulateur solaire, d’une batterie d’accumulateur et d’une lampe au sodium basse pression. Le rôle principal du régulateur solaire est le contrôle continu de l’état de charge de la batterie afin d’assurer sa protection contre les surcharges et les décharges excessives, ainsi que sa maintenance. Son principe de fonctionnement est basé sur la commande d’un convertisseur DC-DC par un signal rectangulaire ‘PWM’ généré par un microcontrôleur PIC16F877. Cette technique de commande hache le courant du module photovoltaïque en impulsions d’une fréquence fixe et d’une largeur d’impulsion variable, afin de réguler le courant de charge suivant l’état de charge de la batterie d’accumulateur.

Tarif prosumer : ces deux mots ont fait couler beaucoup d’encre dernièrement. Alors qu’ils utilisent le réseau de distribution d’électricité pour injecter et pour prélever de l’électricité, les prosumers, principalement des particuliers ayant installés des panneaux photovoltaïques sur leur toit, ne contribuent presque pas à son financement. Cela s’explique par le fait que la facture est basée sur la consommation nette, c’est à dire le solde entre les prélèvements et les injections d’électricité sur le réseau. Pour une installation photovoltaïque dont la production est supérieure ou égale à la consommation, les deux flux se compensent et la facture est quasi nulle. Acté depuis 2 ans, le tarif prosumer proposé par la CWaPE, le régulateur de l’énergie en Wallonie, a pour objectif de faire contribuer plus équitablement les prosumers au financement du réseau électrique à partir de janvier 2020. Cependant en janvier 2019, le Ministre de l’Energie a souhaité limiter l’application de ce tarif prosumer aux installations postérieures à juin 2019, exonérant ainsi les plus de 150 000 ménages disposant actuellement d’une unité de production décentralisée chez eux. Au-delà de cette controverse, l’objectif de ce numéro de Regards économiques est d’expliquer pourquoi la tarification actuelle est inadaptée à l’émergence de ces ménages qui sont à la fois producteurs et consommateurs d’électricité. Cet article se base sur les résultats de nos travaux scientifiques appliqués à la situation wallonne. Nous y montrons qu’un tarif calculé sur base volumétrique via un compteur ne permettant pas de mesurer séparément le prélèvement et l’injection d’électricité ne crée pas des incitations correctes pour les prosumers. Entre autres, nous observons que ce système n’encourage pas de la meilleure manière possible l’autoconsommation, c’est-à-dire la consommation de l’électricité sur son lieu de production, et qu’il mène dans certains cas à une augmentation de la consommation d’électricité des prosumers. Sur base de ces constats, nous proposons de faire évoluer la tarification actuelle afin d’éviter ces lacunes et de mieux refléter les différents services rendus à l’ensemble des utilisateurs du réseau. Tout d’abord, la structure tarifaire doit évoluer et la facture doit moins dépendre du volume d’électricité consommé. Pour maintenir les revenus du réseau, une redevance réseau fixe plus importante doit être mise en place. Celle-ci devrait être capacitaire et calculée sur base de la consommation de pointe. Enfin, il nous semble indispensable de différencier le tarif lié au prélèvement et à l’injection d’électricité via un basculement généralisé vers des compteurs double flux. Les nouvelles technologies chamboulent les interactions entre les différents consommateurs et le réseau d’électricité. Aujourd’hui, ce sont les technologies de production décentralisée et demain ce sera au tour des batteries ou de l’autoconsommation collective. Rien n’est immuable et la tarification se doit d’évoluer face aux changements observés. Les travaux de recherche discutés dans ce numéro de Regards économiques sont réalisés dans le cadre du projet de recherche Transition énergétique, consommateurs et réseaux – TECR qui est financé par la Région Wallonne et dont la conférence de clôture aura lieu le 21 mars à Liège. Renseignements et inscriptions : https://hec-liege.events.idloom.com/transition-energetique-PM

Tarif prosumer : ces deux mots ont fait couler beaucoup d’encre dernièrement. Alors qu’ils utilisent le réseau de distribution d’électricité pour injecter et pour prélever de l’électricité, les prosumers, principalement des particuliers ayant installés des panneaux photovoltaïques sur leur toit, ne contribuent presque pas à son financement. Cela s’explique par le fait que la facture est basée sur la consommation nette, c’est à dire le solde entre les prélèvements et les injections d’électricité sur le réseau. Pour une installation photovoltaïque dont la production est supérieure ou égale à la consommation, les deux flux se compensent et la facture est quasi nulle. Acté depuis 2 ans, le tarif prosumer proposé par la CWaPE, le régulateur de l’énergie en Wallonie, a pour objectif de faire contribuer plus équitablement les prosumers au financement du réseau électrique à partir de janvier 2020. Cependant en janvier 2019, le Ministre de l’Energie a souhaité limiter l’application de ce tarif prosumer aux installations postérieures à juin 2019, exonérant ainsi les plus de 150 000 ménages disposant actuellement d’une unité de production décentralisée chez eux. Au-delà de cette controverse, l’objectif de ce numéro de Regards économiques est d’expliquer pourquoi la tarification actuelle est inadaptée à l’émergence de ces ménages qui sont à la fois producteurs et consommateurs d’électricité. Cet article se base sur les résultats de nos travaux scientifiques appliqués à la situation wallonne. Nous y montrons qu’un tarif calculé sur base volumétrique via un compteur ne permettant pas de mesurer séparément le prélèvement et l’injection d’électricité ne crée pas des incitations correctes pour les prosumers. Entre autres, nous observons que ce système n’encourage pas de la meilleure manière possible l’autoconsommation, c’est-à-dire la consommation de l’électricité sur son lieu de production, et qu’il mène dans certains cas à une augmentation de la consommation d’électricité des prosumers. Sur base de ces constats, nous proposons de faire évoluer la tarification actuelle afin d’éviter ces lacunes et de mieux refléter les différents services rendus à l’ensemble des utilisateurs du réseau. Tout d’abord, la structure tarifaire doit évoluer et la facture doit moins dépendre du volume d’électricité consommé. Pour maintenir les revenus du réseau, une redevance réseau fixe plus importante doit être mise en place. Celle-ci devrait être capacitaire et calculée sur base de la consommation de pointe. Enfin, il nous semble indispensable de différencier le tarif lié au prélèvement et à l’injection d’électricité via un basculement généralisé vers des compteurs double flux. Les nouvelles technologies chamboulent les interactions entre les différents consommateurs et le réseau d’électricité. Aujourd’hui, ce sont les technologies de production décentralisée et demain ce sera au tour des batteries ou de l’autoconsommation collective. Rien n’est immuable et la tarification se doit d’évoluer face aux changements observés. Les travaux de recherche discutés dans ce numéro de Regards économiques sont réalisés dans le cadre du projet de recherche Transition énergétique, consommateurs et réseaux – TECR qui est financé par la Région Wallonne et dont la conférence de clôture aura lieu le 21 mars à Liège. Renseignements et inscriptions : https://hec-liege.events.idloom.com/transition-energetique-PM

Face aux enjeux environnementaux actuels, s’investir dans les énergies renouvelables au nom de la « transition énergétique » est l’alternative la plus adoptée par de nombreux pays. Les énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, sont ainsi devenues des secteurs concurrentiels innovants en pleine expansion. Dans ce contexte, il est donc nécessaire de s'assurer que les nouvelles technologies PV, qui sont complexes et issues de plusieurs étapes de fabrication, répondent aux critères d'un produit peu impactant pour l’environnement, dénommé ici éco-conçu. L’état de l’art sur l’éco-conception montre que la prise en compte des contraintes environnementales dans les projets de R&D à échelle TRL « Technology Readiness Level » bas est encore un phénomène émergent, pour les raisons suivantes : d’une part l’évaluation de l’impact environnemental est relativement complexe pour une technologie non mature en cours de développement (TRL bas) ; ses caractéristiques et procédés de fabrication n’étant pas encore tous connus ; d’autre part les outils identifiés présentent plusieurs écueils qui limitent leur intégration dans les organismes PV de R&D.Ce travail de recherche vise donc à développer une méthodologie pour permettre l’intégration pérenne de l’éco-conception dans les organismes de R&D, pour accompagner leurs partenaires industriels dans leur effort d’innovation et de compétitivité.La méthode développée est ainsi basée sur le principe d’estimation des taux d’évolutions techniques, économiques et environnementales d’une nouvelle technologie (TRL bas) par l’intermédiaire d’une base de données de référence. La construction de cette dernière s’appuie sur l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) comme outil de pilotage pour fournir des résultats fiables, malgré le faible niveau TRL.Pour intégrer de façon pérenne cette approche au sein des organismes de R&D, la méthode développée a été implémentée dans un outil informatique « ECO PV » dédié aux systèmes PV en silicium cristallin, qui constituent plus de 90% du marché PV actuel. Basé sur le principe de démocratisation des connaissances environnementales et de la capitalisation des informations, cet outil est accessible non seulement aux experts en ACV mais aussi à l’ensemble des ingénieurs du domaine PV.Ce travail de recherche a enfin permis d’une part de générer des premiers résultats à la fois fiables, simples et quantifiés, et de développer une méthodologie d’éco-conception pour orienter les choix technologiques des projets dans les phases amont de R&D, afin de développer des systèmes PV plus respectueux de l’environnement
Faced with current environmental challenges, investing in renewable energies in the name of the "energy transition" is the alternative most adopted by many countries. Renewable energies, in particular photovoltaic solar (PV) energy, have thus become innovative and competitive sectors in full expansion. In this context, it is therefore necessary to ensure that new PV technologies, which are complex and the result of several manufacturing stages, meet the criteria of a product with low environmental impact, referred here as eco-designed.The state of the art on eco-design shows that the consideration of environmental constraints in R&D projects with low TRL "Technology Readiness Level" is still an emerging phenomenon, for two main reasons. On the one hand, environmental impact assessment is relatively complex for a non-mature technology under development (TRL low) because its characteristics and manufacturing processes are not yet fully defined. On the other hand, the identified tools in the literature have several limitations that impede their appropriation in R&D organizations.This research work therefore aims to develop a methodology to enable the sustainable integration of eco-design into R&D organizations, supporting their industrial partners in innovation and competitiveness. Thus, the developed method is based on the estimation of the evolution rate of technical, economic and environmental criteria of a new technology (low TRL) through a specific database of reference. The construction of the database relies on Life Cycle Assessment (LCA), used as a management tool to provide reliable results, despite the low TRL level.To integrate this approach into R&D organizations in a sustainable way, the method developed was implemented in a software "ECO PV" dedicated to crystalline silicon PV systems, which represent more than 94% of the current PV market today. Based on the principle of democratization of environmental knowledge and capitalization of information, this tool is accessible not only to LCA experts but also to all engineers in the PV field.Finally, this research work enabled to generate reliable, simple and quantified results and to develop an eco-design methodology to guide the technological choices of projects in the upstream phases of R&D, in order to develop PV systems more environmentally friendly

La présence d'une fonction de stockage avec des sources d'énergie intermittentes permet d'obtenir une meilleure adéquation entre la consommation et la production d'énergie. Aujourd'hui, le stockage d'énergie est le plus souvent réalisé avec des batteries conventionnelles, principalement au plomb-acide, pour des raisons de coût, de fiabilité et de disponibilité industrielle. Cependant, la durée de vie des éléments de stockage actuels, l'impact sur l'environnement et le rendement trop faible entrainent la recherche d'autres moyens de stockage ayant des durées de vie compatibles avec les applications et présentant des fonctions plus flexibles. La technologie lithium parait être aujourd'hui un bon compromis si elle est associée à une électronique de précision assurant diverses fonctions. Cette thèse porte sur l'optimisation de moyens de stockages lithium-ion utilisés dans les énergies renouvelables et le développement de l'électronique associée. La validation de ces travaux a été faite à travers des systèmes de conversion photovoltaïques. Le rendement de conversion de l'ensemble a particulièrement été étudié en tenant compte de différents profils de charge et de décharge, du vieillissement et des sécurités des batteries ainsi que des derniers développements technologiques de batterie. Pour valider les algorithmes de gestion et qualifier les chaînes de conversion, un banc de mesure spécifique a été développé
The need of a storage function associated with intermittent power sources provides a better balance between consumption and energy production. Today, energy storage is most of the time done with conventional batteries like lead acid technology mainly for reasons of cost, reliability and commercial availability. However, the lifetime of actual storage elements, the environmental impact and the low efficiency causes the search for alternative storage facilities with lifetimes compatible with applications and functions more flexible. Lithium-ion technology today seems to be a good compromise if it is associated with an electronic precision performing various functions. This thesis focuses on optimizing lithium-ion technology used in renewable energy and the development of an associated electronics. The validation of this work has been done through photovoltaic conversion systems. The conversion efficiency of the assembly has been studied especially taking into account different charge and discharge profiles, aging and safety of batteries and the latest technological developments in battery. To validate management algorithms and qualify conversion chains, a specific test bench has been developed

Dans cette thèse de doctorat, je me suis concentré sur l'optimisation et les stratégies concernant la couche de transport d'électrons (ETL), la couche active à base de pérovskite hybride et leurs interfaces dans les cellules solaires fonctionnelle,de pérovskite. En ce qui concerne l'étude des ETL, j'ai réalisé deux travaux : l'un porte sur la comparaison d'une architecture simplifiée de cellules solaires planaires à base de pérovskite sans ETL avec celle d'un ETL plan en TiO2 (décrit au chapitre 2) ; un autre travail porte sur la comparaison des cellules solaires à base de pérovskite avec des nanocolonnes de Ti02(NA) orientées à celles comportant simplement une ETL de TiO2 plane et non nanostructurée (chapitre 3). Lors des recherches sur la couche active de pérovskite, la pérovskite à cations mixtes et aux halogénures mixtes a été utilisée,dans trois axes de travail distincts. J'ai tout d'abord optimisé et maximisé la taille des grains de la couche active de pérovskite (chapitre 2). Ensuite, j'ai étudié des films de pérovskite hybride nano-structurés et leur amélioration au niveau de la collection de la lumière (chapitre 6). J'ai aussi étudié les propriétés thermiques des films minces de pérovskite à cation mixte et j'ai notamment déterminé leur conductivité et leur diffusivité thermique. L'étude contribue à comprendre leur meilleure stabilité thermique par rapport aux pérovskite à base d'iodure de plomb de méthylammonium (MAPbI3) (voir chapitre 4). Enfin, j'ai étudié les méthodes de passivation pour atténuer la recombinaison de la charge interfaciale et pour améliorer la stabilité des cellules solaires de pérovskite (chapitre 5)
In this Ph.D. thesis,I have been focused to investigate optimizations and strategies concerning the electron transportlayer (ETL),the hybrid perovskite active layer, and their interfaces in functional perovskite solar cells. On the investigatior of ETLs, I have performed two works: One is on the comparison of a simplified ETL-free planar perovskite solar cells,architecture to that with a planar TiO2 ETL (described in Chapter 2); Another work is on the comparison of perovskite,solat cells with well-oriented one-dimension TiO2 nanocolumn (NA) ETL to those with a planar TiO2 ETL (Chapter 3).On,the investigations of the perovskite active layer, mixed-cation and mixed-halide perovskite was applied into three,relevant works: (1) I optinized and maximized the grain size of the perovskite active layer (Chapter 2); (2) I studied nano-,structured hybrid perovskite fims and their light-harvesting enhancement (Chapter 6): (3) I investigated the thermal,properties of mixed-cation perovskite thin films to understand their improved thermal stability compared to,methylammonium lead iodide (MAPbi3) perovskite (Chapter 4). In addition, I studied passivation methods to alleviate the interfacial charge recombination and to improve the stability of perovskite solar cells (chapter 5)

La présence d'une fonction de stockage avec des sources d'énergie intermittentes permet d'obtenir une meilleure adéquation entre la consommation et la production d'énergie. Aujourd'hui, le stockage d'énergie est le plus souvent réalisé avec des batteries conventionnelles, principalement au plomb-acide, pour des raisons de coût, de fiabilité et de disponibilité industrielle. Cependant, la durée de vie des éléments de stockage actuels, l'impact sur l'environnement et le rendement trop faible entrainent la recherche d'autres moyens de stockage ayant des durées de vie compatibles avec les applications et présentant des fonctions plus flexibles. La technologie lithium parait être aujourd'hui un bon compromis si elle est associée à une électronique de précision assurant diverses fonctions. Cette thèse porte sur l'optimisation de moyens de stockages lithium-ion utilisés dans les énergies renouvelables et le développement de l'électronique associée. La validation de ces travaux a été faite à travers des systèmes de conversion photovoltaïques. Le rendement de conversion de l'ensemble a particulièrement été étudié en tenant compte de différents profils de charge et de décharge, du vieillissement et des sécurités des batteries ainsi que des derniers développements technologiques de batterie. Pour valider les algorithmes de gestion et qualifier les chaînes de conversion, un banc de mesure spécifique a été développé.