Tesi: "Procédé de pasteurisation solaire"

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Koninck, Corentin. "Procédés solaires basse température pour la désinfection d'eau de surface". Electronic Thesis or Diss., Perpignan, 2024. https://theses.hal.science/tel-04867589.

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Abstract (sommario):

Les difficultés d'accès à l'eau potable, affectent le quotidien de 2 milliards de personnes et constituent une problématique majeure à résoudre. Le sixième objectif de développement durable, mis en place par les Nations Unies, a pour but de promouvoir l'accès universel à l'eau potable en développant les possibilités d'assainissement et de potabilisation de l'eau dans les milieux urbains mais également au niveau des sites isolés. Ces derniers sont caractérisés par l'absence de réseaux énergétiques, la rareté de personnels techniques qualifiés et la difficulté d'acheminer des matières premières. Le développement de procédés décentralisés, durables, autonomes énergétiquement, répond au besoin de traitement de l'eau contre la pollution microbiologique, cause de nombreux décès à travers le monde. Deux procédés, avec le solaire thermique basse température comme source d'énergie, et basés respectivement sur le principe de la pasteurisation et de l'ultrafiltration membranaire de l'eau, sont conçus, expérimentés et modélisés. L'objectif est de démontrer la possibilité d'assurer la désinfection d'eau de surface à l'échelle des petites communautés décentralisées à partir d'une énergie délivrée par des collecteurs thermiques plans standards. Le procédé solaire de pasteurisation développé, permet de traiter, en fonction des conditions d'irradiation, des volumes journaliers compris entre 800 et 1000 L par unité de capteur (2 m2 de surface). La consommation d'énergie solaire spécifique, optimisée grâce à l'utilisation d'un échangeur de chaleur performant positionné sur la boucle ouverte de traitement, varie entre 12 et 15 kWhsol.m-3. Il fonctionne de manière totalement autonome au fil du soleil avec un système de régulation passif. Le procédé d'ultrafiltration repose sur deux innovations : (i) la production de l'énergie mécanique nécessaire au fonctionnement du système membranaire par un cycle thermodynamique de type organique Rankine dont l'entrée de chaleur est fournie par un collecteur solaire ; (ii) l'utilisation de l'énergie mécanique pour le pompage et la pressurisation de l'eau par actionnement d'un vérin double effet. La faisabilité technique du procédé est vérifiée avec une consommation énergétique spécifique fluctuant entre 5 et 10 kWhsol.m-3. Dans les deux cas, une modélisation est réalisée et validée à partir des résultats expérimentaux. Le couplage des deux technologies, permet d'envisager, d'une part la génération du perméat constituant une eau propre à la consommation, et d'autre part de la désinfection du concentrât qui est traitée par la suite par le procédé de pasteurisation. Ce système de désinfection associe performance énergétique et zéro rejet
Difficulties in accessing drinking water affect the daily lives of 2 billion people, and represent a major problem to be solved. The 6th Sustainable Development Goal, set by the United Nations, aims to promote universal access to drinking water by developing sanitation and potabilization facilities in urban areas, and in isolated sites. The latter are characterized by the absence of energy networks, the scarcity of qualified technical personnel and the difficulty of transporting raw materials. The development of decentralized, sustainable, energy-independent processes meets the need to treat water against microbiological pollution, the cause of many deaths worldwide. Two processes, using low-temperature solar thermal energy as an energy source, and based respectively on the principle of water pasteurization and membrane ultrafiltration, are being designed, tested and modelled. The aim of this project is to demonstrate the feasibility of disinfecting surface water on the scale of small decentralized communities, using energy supplied by standard flat-plate thermal collectors. Depending on irradiation conditions, the solar pasteurization process developed can treat daily volumes of between 800 and 1000 L per collector unit (2 m2 surface area). Specific solar energy consumption, optimized through the use of a high-performance heat exchanger positioned on the open treatment loop, varies between 12 and 15 kWhsol.m-3. It operates completely autonomously with the sun, using a passive control system. The ultrafiltration process is based on two innovations: (i) the production of the mechanical energy required to operate the membrane system by an organic Rankine thermodynamic cycle whose heat input is supplied by a solar collector; (ii) the use of mechanical energy to pump and pressurize the water by actuating a double-acting cylinder. The technical feasibility of the process has been verified, with specific energy consumption fluctuating between 5 and 10 kWhsol.m-3. In both cases, modelling is carried out and validated on the basis of experimental results. By coupling the two technologies, it is possible to generate the permeate required for drinking water, and to disinfect the concentrate using the pasteurization process. This disinfection system combines energy efficiency with zero waste

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Fleury, Christelle. "Optimisation d'un procédé par CO2 pressurisé pour la pasteurisation et la préservation de compléments alimentaires liquides". Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0595/document.

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Abstract (sommario):

Au sens de la législation, les compléments alimentaires sont des denrées alimentaires et doivent donc subir un traitement de pasteurisation pour détruire les microorganismes potentiellement pathogènes. L’utilisation du CO2 comprimé peut être une alternative basse température aux traitements thermiques classiques. Dans ce travail, la technologie au CO2 est optimisée pour traiter des compléments alimentaires fortement chargés par trois microorganismes.L’impact des conditions expérimentales sur l’inactivation et la préservation des actifs a été mis en évidence via un plan d’expériences de type composite centré. La température et dans une moindre mesure l’interaction pression-durée ont été identifiés comme étant les facteurs les plus influents. Pour les actifs, la teneur en polyphénols totaux est préservée alors que la vitamine C est conservée à plus de 70%. Les résultats ont été analysés au regard de l’effet de la température et de la pression sous azote et sous air, de l’interaction pH/température, de la charge en microorganismes et de la nature de la matrice.La pasteurisation est également examinée sous l’angle du transfert de masse et des temps caractéristiques dans un contacteur gaz-liquide afin d’estimer la cinétique de dissolution du CO2 dans la matrice. L’étude de sensibilité montre que c’est la solubilité du CO2 dans l’eau qui impacte la cinétique de dissolution plus que les paramètres liés au contacteur. Des essais avec deux dispositifs batch et un mini-dispositif continu illustrent ce propos.La durée de vie des produits ainsi pasteurisés et l’apport du traitement CO2 comparé à un traitement thermique ont été aussi étudiés
According to the law, food dietary supplements belong to food products and must then be pasteurized to kill potentially pathogenic microorganisms. Pressurized carbon dioxide can be a low-temperature alternative to usual thermal treatments. In this study, a high pressure carbon dioxide process is optimized to pasteurize dietary supplements highly contaminated with 3 microorganism species.This work reviews the effect of operating parameters on microbial inactivation and active ingredients thanks to a central composite design. Temperature and, at a lower extent, the pressure-duration interaction were identify as influent. Concerning active ingredients, total phenolic concentration is fully preserved whereas vitamin C retention rate is at least of 70%. Results were analyzed taking into account the synergistic effect of temperature and pH, temperature and atmospheric or N2 pressure, contamination level and the composition of the food matrix.Pasteurization was evaluated from the mass transfer and characteristic times point of view in a gaz-liquid contactor. The sensitivity analysis underlines that CO2 solubility in water is the main factor that affects the dissolution kinetic, beyond contactor constraints. Experiments led with 2 different batch set-ups and a mini‑continuous reactor illustrate that point.Finally this work studies the shelf-life of our CO2-pasteurized products and estimates the added value of such a treatment compared to a thermal one

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Lacroix, Clément. "Procédé thermo-hydraulique solaire pour le dessalement par osmose inverse". Thesis, Perpignan, 2020. http://www.theses.fr/2020PERP0001.

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Abstract (sommario):

L’osmose inverse est la technique de dessalement la plus utilisée actuellement, principalement pour sa faible consommation spécifique d’énergie. Les procédés d’osmose inverse alimentés par une source d’énergie solaire se développent de plus en plus du fait de l’efficacité énergétique de ce procédé membranaire et de la disponibilité de la ressource solaire, particulièrement importante dans les zones à fort stress hydrique. Un procédé de dessalement thermo-hydraulique solaire est ici analysé et évalué avec pour objectif une production autonome d'eau douce à partir d’eaux saumâtres compatible avec les besoins d’un village décentralisé.Ce procédé innovant de dessalement par osmose inverse permet d'exploiter une source de chaleur basse température (50-80°C) convertie en énergie hydraulique par un cycle thermodynamique moteur dans lequel la détente d’un fluide de travail permet directement de pressuriser l’eau saumâtre à traiter. Une modélisation dynamique de ce procédé a été réalisée pour permettre une évaluation du procédé dont le fonctionnement cyclique est fortement dynamique. Une attention particulière a été portée sur le comportement dynamique du module membranaire, soumis à des variations cycliques de pression, dont le modèle dynamique d’osmose inverse qui a été validé expérimentalement. Le comportement du procédé global a ainsi été simulé et analysé sur quelques cycles, puis sur une journée entière avec des conditions d'ensoleillement différentes, pour évaluer l'impact des conditions opératoires variables, ainsi que de la salinité et de la température de l'eau sur la dynamique de fonctionnement du procédé et établir des stratégies de contrôle-commande pour maximiser ses performances. Une réflexion sur les zone d’implantations géographiques a également été menée. Ces simulations ont montré que ce procédé permet de produire de 450 à 750 litres d'eau douce par jour et par unité de surface du capteur solaire pour des salinités variant de 2 à 6 g.L-1, avec une consommation d’énergie spécifique de l'ordre de 6 kWhth.m-3 et pour un coût, estimé en première approximation à partir du coût d'un prototype actuellement en cours de développement, d’environ 8 m-3 d’eau produite
Reverse osmosis is the most widely used desalination technique today, mainly because of its low specific energy consumption. Reverse osmosis processes powered by a solar energy source are more and more developed because of their energy efficiency and the solar resource availability, matching particularly with high water stress areas. In this framework, an innovative solar thermo-hydraulic desalination process is here developed. It is analyzed and evaluated with the aim of producing autonomously fresh water from brackish water compatible with the needs of a remote village.This innovative reverse osmosis desalination process exploits a low-grade temperature heat source (50-80°C), converted into hydraulic energy by a thermodynamic engine cycle in which the expansion of a working fluid directly pressurizes the brackish water. A dynamic modeling of this process has been carried out to allow an evaluation of the process whose cyclic operation is highly dynamic. A particular attention has been paid to the dynamic behavior of the membrane module, subjected to cyclic pressure variations, which has needed a specific dynamic model of the reverse osmosis module that has been experimentally validated. The behavior of the overall process has been then simulated and analyzed over few cycles first, then over a whole day with different sunshine conditions. These simulations permit to evaluate the impact of variable operating conditions, as well as the water salinity and temperature on the dynamics of the process operation. Suitable command and control strategies to maximize the performances of the thermo-hydraulic process were also established. A study on the relevant geographical areas for its implantation has also been conducted. These simulations showed that this process should produce 450 to 750 liters of fresh water per day and per unit area of the solar collector for salinities ranging from 2 to 6 g.L-1, with a specific thermal energy consumption of order of 6 kWhth.m-3 and for a cost, estimated in first approximation from the cost of a prototype currently under development, of about 8 per m3 of produced water

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Martins, Matthieu. "Nouveau procédé thermo-hydraulique appliqué au rafraîchissement solaire de l’habitat : analyse et optimisation thermodynamiques". Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP1020.

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Abstract (sommario):

Les énergies renouvelables sont des énergies capables d’équilibrer durablement nos besoins énergétiques en particulier dans l’habitat individuel. La mise en oeuvre d’un procédé solaire pour couvrir les besoins en rafraîchissement est très séduisante car les besoins en froid sont généralement en adéquation avec la disponibilité de la ressource solaire. L’étude abordée dans cette thèse concerne un nouveau procédé de rafraîchissement thermo-hydraulique destiné à l’habitat et utilisant de simples capteurs solaires thermiques plans. Une analyse thermodynamique de ce nouveau concept a été réalisée en fonctionnement quasi-statique puis en dynamique afin d’évaluer les performances du procédé. La modélisation de ce procédé appelé CHV3T, en utilisant les systèmes équivalents de Gibbs, a également permis de dimensionner les différents composants de ce système. Un pilote de démonstration d’une puissance de 6 kW de froid utilisant 20 m² de capteurs solaires a ensuite été réalisé
In recent years, efforts were made in developing environmental-friendly technologies. Cooling systems are one of the most apparent applications of this source of renewable energy. Indeed the use of solar energy for air conditioning allows synchronization between cooling needs and solar energy availability. This paper presents a novel solar cooling process (so-called CHV3T) using common flat plate collectors. Firstly, the performances of the process are evaluated throughout an energy balance in steady state. A modeling of the whole process is developed by using the concept of equivalent Gibbs systems to describe the dynamic behavior of all the components of the system. The main objective of the modeling is to provide a design tool for this thermal-hydraulic system. A 6 kW cooling capacity prototype coupled to 20 m² of flat plate solar collectors has been realized

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Borgogno, Remy. "Procédé thermo-hydraulique solaire appliqué à la trigénération dans le secteur résidentiel". Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0025/document.

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Abstract (sommario):

Un nouveau procédé de trigénération thermo-hydraulique fonctionnant à partir d'énergie thermique basse température (80 à 110 °C) a été étudié pour assurer les différents besoins du secteur résidentiel. Le terme "thermo-hydraulique" se réfère à l'utilisation d'un liquide incompressible qui permet de transférer le travail hydrauliquement entre différents composants ou sous-systèmes, permettant d'améliorer l'efficacité de la chaine de conversion énergétique. Un modèle quasi-statique a été développé pour évaluer les performances énergétiques des différentes variantes du procédé. Ces calculs ont permis de définir parmi un large choix, quels fluides de travail étaient les plus appropriés. Ces calculs ont été complétés par une étude quasi-dynamique et dynamique permettant un meilleur dimensionnement du procédé. Enfin, une étude de fonctionnement annuel a été réalisée à partir du modèle quasi-statique pour évaluer l'évolution des performances ainsi que sa production d'énergie sur une année complète de fonctionnement. Ces études montrent que le couple fluide R1234yf/R1233zd semble le plus approprié à un fonctionnement en climat méditerranéen. L'étude annuelle montre qu'en considérant les données climatiques de la ville de Perpignan, le procédé permet d'amplifier l'énergie solaire collectée d'un facteur de 1,32 en moyenne et permet d'atteindre un COP solaire de 0,24 en mode rafraichissement. Quand les besoins thermiques sont satisfaits, l'intégralité de l'énergie solaire captée est valorisée pour produire de l'électricité avec un rendement moyen annuel de 4,2%
A new process based on thermal-hydraulic conversion actuated by low-grade thermal energy (80–110 °C) is investigated and aims at providing trigeneration energy features for the residential sector. "Thermo-hydraulic" term refers to a process involving an incompressible fluid used as an intermediate medium to transfer work hydraulically between different thermal operated components or sub-systems allowing to improve the efficiency of the energy conversion chain. A model, assuming steady-state operations, is developed to assess the energy performances of different variants of this thermo-hydraulic process as well as various pairs of working fluids. These calculations were completed by a quasi-dynamic and dynamic models allowing a better sizing of the process. Finally, an annual study was realized from the quasi-static model in order to estimate the evolution of the performances as well as its power production over a complete year of functioning. For instance, in the frame of a single-family home, located in the Mediterranean region, the working fluid pair (R1234yf/R1233zd) is investigated in detail in order to estimate the annual performances. For domestic houses, the process aims at amplifying the solar energy collected by a factor of 1.32 for heating purpose, provides a cold production with a solar COP of 0.24 and generates electricity from the remaining solar energy with an efficiency of 4.2%

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Lahmidi, Hicham. "Stockage d'énergie solaire par procédé à sorption solide-gaz : application au chauffage et à la climatisation". Perpignan, 2005. http://www.theses.fr/2005PERP0577.

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Abstract (sommario):

Les procédés de chauffage solaire consistent à coupler des capteurs solaires plans à un plancher chauffant. En pratique, les apports solaires sont complétés par une chaudière d'appoint engendrant l'utilisation d'énergie fossile. Cette étude a permis de développer un procédé de stockage par procédé à sorption solide, dans le but de minimiser l'usage de cette énergie polluante. Son principe se base sur le couplage d'un équilibre liquide/vapeur avec une réaction solide/gaz renversable. Il permet également d'ajouter une fonction de rafraîchissement ponctuelle au procédé solaire. Une modélisation des transferts de chaleur et de masse dans la couche réactive a été réalisée. Elle est basée essentiellement sur les hypothèses d'absence de limitation par cinétique chimique et d'existence de deux fronts raides de réaction, résultant des limitations de transfert thermique et massique couplées. Suite à cette modélisation, deux mises en œuvre ont été optimisées et concrétisées par la réalisation de deux prototypes
The increase of the use of solar energy closely depends on the development of efficient storage processes. In this objective, solid-gas sorption processes are promising because of their high storage capacity and their specific working mode. In this thesis, the integration of a sorption process based on the use of bromide strontium as the reactant and water as the refrigerant fluid is investigated. Combined with flat plate solar collectors and direct floor heating and cooling, it makes it possible to provide a heating but also a cooling storage function. Experimental tests demonstrate the good adequacy of this process to the level of temperature involved in the solar system. The simple model presented allows a fairly good global representation of the coupling phenomena between heat and mass transfer in the reactant. Further use of this model will allow the optimization of the design of the solid-gas reactor according to a power criterion

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Nou, Julien. "Gestion optimale de l'énergie thermique dans un procédé hybride : solaire/géothermie pour le chauffage de bâtiments". Phd thesis, Université de Perpignan, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00756810.

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Abstract (sommario):

Les enjeux environnementaux, énergétiques et économiques actuels, nous amènent à proposer de nouvelles solutions de gestion énergétique aﬁn d'éviter d'entrer dans une ère de récession énergétique brutale. À partir des constats établis par les institutions mondiales, telles que le GIEC, il est aujourd'hui admis par la communauté scientiﬁque internationale, que la température moyenne de la Terre est en augmentation et que l'activité anthropique en est une des causes, sinon la plus importante. Les travaux réalisés et présentés dans ce manuscrit visent à répondre, en partie, à ces problématiques par la mise en place d'un système de contrôle supervisé permettant l'optimisation de la gestion énergétique d'un procédé hybride alliant l'énergie solaire à la géothermie, et destiné au chauﬀage dans le secteur du bâtiment. L'utilisation des méthodologies de l'intelligence artiﬁcielles telles que le neuroﬂou et la logique ﬂoue nous a permis de développer une plateforme de simulation d'un système énergétique hybride et d'en réaliser la gestion à l'aide de contrôleurs ﬂous. Les résultats obtenus, par l'utilisation de ces contrôleurs, montrent qu'un choix judicieux des périodes et durées de marche du système d'extraction permet d'améliorer de façon signiﬁcative le fonctionnement du procédé. La consommation électrique et le coût de fonctionnement de l'installation sont donc diminués, tout en respectant les contraintes techniques de fonctionnement et le confort thermique des habitants.

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Teixeira, Fernando. "Élaboration par voie solaire et caractérisation de nanomatériaux à base de Silicium". Perpignan, 2004. http://www.theses.fr/2004PERP0582.

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Abstract (sommario):

L'objectif de ce travail était de réaliser et évaluer des procédés solaires d'élaboration de nanomatériaux tels que des nanopoudres SiOx et, surtout, des couches minces de Silicium. Nous avons obtenus des nanopoudres amorphes de composition SiOx avec des tailles de grains de l'ordre de 30 nm par évaporation et condensation de Silicium fondu au foyer d'un four solaire sur des supports en ZrO2. Des calculs thermodynamiques ont permis d'expliquer les valeurs de x toujours proches de 1. Ces nanopoudres sont photoluminescentes. L'élaboration sous vide secondaire d'échantillons massifs de Silicium a permis l'obtention de couches amorphes, denses et peu oxydées. La modélisation thermique de la cible de Silicium aboutissant à l'évaluation des distributions de température à la surface du cylindre, permet de simuler la phase de croissance du dépôt. Des observations MEB de différentes couches ont montré des épaisseurs de l'ordre de la centaine de nanomètres avec une vitesse de croissance d'environ de 0,25 nm. Min-1. Des caractérisations XPS suggèrent que ces dépôts sont composés de liaisons Si-O distribuées aléatoirement dans une matrice de Silicium amorphe non-oxydé
The aim of this work was to realise and test solar processes for the preparation of silicon based nanomaterials such as SiOx nanopowders and, especially, silicon thin films. Evaporation of silicon placed on ZrO2 plate and melted at the focus of a solar furnace enabled us to produce condensed amorphous SiOx nanopowders, with powder grain sizes close to 30 nm. Thermodynamic calculations could forecast constant x values which were close to 1. These SiOx nanopowders presented photoluminescence properties. Evaporation of silicon massive cylindrical samples into high vacuum solar reactors resulted in the preparation of high density amorphous silicon thin films. Temperature distributions at the surface of the silicon cylinder, measured experimentally and calculated from numerical model, were used to simulate the film growth process. SEM imaging experiments have shown that the film thickness was about 100 nm for 10 minutes of experiment with growth rate near 0. 25 nm. Min-1. XPS characterisations suggest that the films contains Si-O chemical bonds randomly distributed into an amorphous silicon matrix

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Le, Pierrès Nolwenn. "Procédé solaire de production de froid basse température (-28°C) par sorption solide-gaz". Phd thesis, Université de Perpignan, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011253.

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Abstract (sommario):

L'enjeu de ce travail est la conception et l'expérimentation d'un procédé thermochimique de production de froid à -28 °C à partir de chaleur basse température (70 °C) issue de capteurs solaires plans. Une analyse exergétique du dipôle thermochimique et des cycles thermodynamiques idéaux a conduit à la définition d'un procédé solaire original. Ce procédé met en œuvre deux cycles en cascade fonctionnant en parallèle. Le cycle est discontinu et présente une phase de chauffage et de régénération diurne et une phase de production de froid nocturne. Une simulation dynamique a permis d'analyser son fonctionnement en fonction des conditions météorologiques et du dimensionnement du procédé. Un prototype permettant de couvrir les besoins de froid d'une chambre froide perdant 40 W en continu a été réalisé et expérimenté en conditions réelles sur le site de Perpignan. Il a démontré la faisabilité de ce concept innovant et permis de valider les hypothèses émises lors du développement du modèle. Une étude du fonctionnement du procédé en fonction des conditions climatiques et de la source chaude utilisée (solaire, géothermale ou rejet de chaleur industrielle) a également été menée par simulation. Elle a démontré les potentialités du concept.

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Puiggali, Jean-Rodolphe. "Séchage de produits naturels : du processus au procédé". Bordeaux 1, 1987. http://www.theses.fr/1987BOR10640.

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Abstract (sommario):

Modelisation des processus de transfert de chaleur et de masse au sein d'un milieu poreux, lors du sechage. Influence de la gravite sur les processus. On insiste sur une description homogene du sechage d'un produit a l'aide d'une equation cinetique globale dont l'utilisation a diverses situations est detaillee. Un procede particulier, le sechage solaire est etudie

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Marc, Olivier. "Étude expérimentale, modélisation et optimisation d'un procédé de rafraîchissement solaire à absorption couplé au bâtiment". Phd thesis, Université de la Réunion, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00867005.

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Abstract (sommario):

Depuis quelques années, les exigences des occupants de bâtiments ont sensiblement changé. On observe en effet une demande de confort de plus en plus rigoureux en particulier en période estivale. Cette augmentation des besoins de climatisation induit un accroissement important de la consommation d'énergie électrique dans les bâtiments, dû à une utilisation majoritaire de climatiseurs à compression mécanique de vapeur. Dans ce contexte énergétique difficile, les systèmes de rafraîchissement solaire font partie des alternatives intéressantes aux systèmes de climatisation classiques, dans la mesure où l'énergie primaire est principalement consommée sous forme de chaleur et provenant du soleil donc gratuite. L'autre grand intérêt de ces procédés est que le besoin en rafraîchissement coïncide la plupart du temps avec la disponibilité du rayonnement solaire. La compréhension et le développement de cette technologie passent par une étude expérimentale avec la réalisation d'installations pilotes à échelle réelle dans le but d'acquérir une expérience concrète. C'est dans ce sens que notre laboratoire s'est proposé de mettre en place une plateforme expérimentale d'une puissance frigorifique de 30 kWf chargée de rafraîchir des locaux d'enseignement de l'Institut Universitaire Technologique de Saint Pierre à La Réunion. La première partie de ce manuscrit présente une analyse expérimentale de cette installation. Une seconde approche purement fondamentale a été envisagée avec l'élaboration de modèles numériques permettant de prédire le comportement de l'installation dans son ensemble. Ces modèles numériques décrits sous plusieurs niveaux de finesse, sont validés par les données expérimentales avant d'être utilisés, soit comme outils de pré‐dimensionnement pour les modèles à descriptions simplifiés, soit comme outil d'optimisation et d'analyse pour les modèles détaillés. Le modèle détaillé représentant notre plateforme expérimentale a permis de réaliser une optimisation du fonctionnement de l'installation et de proposer des améliorations pour réduire la consommation d'électricité et augmenter le coefficient de performance électrique global.

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Piscopo, Antoine. "Chimie solaire et traitements photocatalytiques des eaux polluées : applications aux traitements sélectifs et exemple d'utilisation de catalyseurs supportés". Metz, 2002. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2002/Piscopo.Antoine.SMZ0202.pdf.

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Abstract (sommario):

Mes recherches ont porté sur la dégradation de molécules organiques en solution aqueuse, exclusivement par le TiO2, sous irradiation artificielle et solaire. Deux polluants ont été utilisés la benzamide (Bz) et l'acide 4-hydroxybenzoïque (4-HBz). Le pH joue un rôle important sur la cinétique de dégradation photocatalytique de l'acide 4-HBz. Suivant le pH la charge de surface du TiO2 varie. On observe la même influence entre l'adsorption et les cinétiques de dégradation pour le pH (plus le pH augmente, moins la cinétique de dégradation est rapide). A l'inverse, la Bz est peu influencée par le pH. Nous avons étudié l'influence des ions Cl- sur la dégradation de ces deux polluants. La présence d'ions Cl- diminue les cinétiques d'élimination de l'acide 4-HBz et de la Bz. On en a déduit que les ions Cl- s'adsorbent à la surface du TiO2 et diminuent les interactions catalyseur/polluant. La synthèse de TiO2 par voie sol-gel a été réalisée pour obtenir un catalyseur ayant des propriétés physico-chimiques déterminées. Nous nous sommes également intéressés à la fixation du TiO2 sur la fibre de verre. L'activité du TiO2 supporté est suffisante pour dégrader les solutions de Bz et d'acide 4-Bz. La fibre peut être réutilisée plusieurs fois sans perte d'activité photocatalytique. La dégradation de mélanges de polluants a été étudiée. Nous avons pu mettre en évidence une sélectivité dans le processus de dégradation. Pour le mélange équimolaire d'acide 4-HBz et de Bz, on observe dans un premier temps la dégradation essentielle de l'acide 4-BHz. Puis, lorsqu'environ 80% de l'acide initial a été éliminé, la Bz est dégradée. Nous avons montré qu'il est nécessaire d'être en milieu acide pour observer la meilleure sélectivité. En milieu basique, la sélectivité est inversée : on dégrade préférentiellement la Bz par rapport à l'acide 4-BHz. Les ions Cl- ne permettent pas d'obtenir un gain de sélectivité mais permettent de ralentir les cinétiques de dégradation des deux composés

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Khennich, Mohammed. "Optimisation thermodynamique d’un procédé solaire utilisant un système de réfrigération à éjecto-compression pour la production du froid". Thèse, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/9756.

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Abstract (sommario):

L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures. En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature. La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur. En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.

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Pelay, Ugo. "Intégration d'un procédé de stockage thermochimique à un cycle de Rankine, sous énergie solaire concentrée (in-stores)". Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4026/document.

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Abstract (sommario):

L’intégration d’un système de stockage thermique dans une centrale solaire à concentration augmente la durée de production journalière de la centrale tout en permettant de surmonter le caractère intermittent de l’énergie solaire. Parmi les trois types de stockage thermique existants (sensible, latent et thermochimique), le stockage thermochimique semble être le plus avantageux. En effet, sa grande densité énergétique et sa capacité à stocker de l’énergie sans pertes pendant une grande période de temps en font le candidat ayant le plus de potentiel pour équiper les centrales solaires à concentration. L’objectif principal de cette thèse est de développer un procédé innovant de stockage de l’énergie solaire et d’optimiser son intégration dans une centrale solaire à concentration par une démarche qui vise l’optimisation globale des performances de la centrale. Des méthodes numériques permettant de simuler le fonctionnement d’une centrale solaire ont été utilisées afin d’étudier le fonctionnement de la centrale et de déterminer ses performances. Trois configurations d’intégration ont été proposées, étudiées et comparées. Des études énergétiques et exergétiques statiques ont permis d’effectuer des comparaisons des configurations d’intégration en se basant sur les rendements énergétiques et exergétiques obtenus. Des modèles dynamiques de composants ont été créés afin de réaliser des simulations dynamiques des configurations d’intégration. Ces simulations ont permis d’effectuer une comparaison des configurations d’intégration en prenant en compte l’inertie des composants et le caractère variable de l’ensoleillement. Plusieurs modes de production d’électricité ont aussi pu être testés (production en base, en pic). Enfin une analyse du cycle de vie a été réalisée afin d’effectuer une comparaison des trois configurations d’intégration en se basant sur des critères environnementaux
The integration of a thermal energy storage (TES) system in a concentrated solar power (CSP) plant increases the daily production time and permits to overcome solar energy’s intermittent character. Among the three types of existing thermal storage technology (sensible, latent, thermochemical), thermochemical storage receives an increasing attention in recent years. Indeed, its high energy density and its capacity to store energy without heat losses during a long period of time make it the most promising candidate for CSP application. The principal objective of this PhD dissertation is to study the innovative thermochemical storage process, to propose conceptions for its integration into a CSP plant and to optimize the CSP plant’s overall efficiency. Various methodologies were used, including energy and exergy analyses based on the first and second law of thermodynamics, dynamic numerical simulations for the operation cycle and the life cycle analysis. Three integration configurations have been firstly proposed, studied and compared based on the energy and exergy analyses. Dynamics models for individual component of the system and the CSP plant as a whole were created and tested. These simulations made it possible to carry out a comparison or the integration configurations taking into account the inertia of the components and the variable solar irradiation. Several electricity production modes have also be tested (base production, peak production). Finally, a life cycle analysis was carried out in order to compare the three integration configurations based on environmental criteria

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Tatsidjodoung, Parfait. "Procédé de stockage d'énergie solaire thermique par adsorption pour le chauffage des bâtiments : modélisation et simulation numérique". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENA012/document.

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Abstract (sommario):

Les systèmes de stockage de chaleur par sorption (SSCS) ouvrent de nouvelles perspectives dans l'exploitation de l'énergie solaire pour le chauffage des bâtiments résidentiels. En effet, ces systèmes sont très prometteurs dans la mesure où ils permettent un stockage de chaleur sur de longues périodes (le stockage est réalisé sous forme de potentiel chimique) et offrent des densités énergétiques importantes (jusqu'à 230 kWh/m3 de matériau en moyenne) en comparaison aux systèmes classiques comme le stockage par chaleur sensible (qui, pour le cas de l'eau, dispose d'une densité énergétique moyenne d'environ 81 kWh/m3 de matériau pour une variation de 70°C) et le stockage par chaleur latente (qui atteint des densités énergétiques de 90 kWh/m3 de matériau).La présente thèse vise à étudier les performances d'un système de stockage de chaleur par sorption à base de zéolithe 13X intégré à un bâtiment type basse consommation. Des modèles mathématiques de transferts couplés de masse et de chaleur des différents composants du système sont développés et validés par le biais de l'expérimentation. La simulation numérique dynamique, comme outil de dimensionnement, permet, à partir des résultats d'analyses de sensibilité paramétrique sur les différents composants du système, l'étude de son fonctionnement et les critères de sa faisabilité
Sorption heat storage systems (SHSS) open new perspectives for solar heating of residential buildings. These systems allow long term heat storage (storage is done in the form of chemical potential) and offer high energy densities (up to 230 kWh/m3 of material on average) compared to conventional heat storage systems such as sensible heat storage (which, for the case of water, has an average energy density of approximately 81 kWh/m3 of material for a temperature change of 70 °C) and latent heat storage (nearly reaching energy densities of 90 kWh/m3 of material on average).This thesis aims to study the performance of a sorption solar heat storage system on zeolite 13X, integrated to low-energy building. Mathematical models of coupled heat and mass transfer of various components of the system are developed and validated through experimentation. Numerical dynamic simulations allow to study the functioning of the SHSS in specific conditions, and its design with the results from the parametric sensitivity analysis on its components

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Chaibi, Zouhair. "Étude théorique et expérimentale du séchage des boues d'épuration par énergie solaire : modélisation et contrôle du procédé". Perpignan, 2008. http://www.theses.fr/2008PERP0854.

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Abstract (sommario):

Ce mémoire est consacré à l'étude du comportement d'un séchoir serre afin de commander la température et l'humidité de l'air intérieur afin d'optimiser le séchage des boues d'épuration par voie solaire. Une modélisation mathématique permet de mieux comprendre la dynamique du système et d'apprécier l'influence de certains paramètres sur le comportement thermique du séchoir serre. Les modèles établis permettent d'élaborer des comandes de ce procédé soit en température soit en humidité. Ces commandes sont très utiles car elles permettent de réduire la consommation d'énergie par l'extracteur de la serre. Les résultats ouvrent de bonnes perspectives quant à l'utilisation de ces commandes sur un site réel d'une station de traitement des boues
This thesis is devoted to the study of a solar drier in order to control its internal temperature and humidity so as to optimize its use in mud drying by solar way. A mathematical modelhelps appreciate the evolution of the system and the influence of some parameters on the thermal behaviour of the drier. The established models helps in working out control parameters this process either as a function of temperature or humidity. These controls are useful because they make it possible to reduce the energy consumption by the extractor of the greenhouse. The result obtained are promising in view of using these controls on a real mud treatment station

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De, Sousa Matthias. "Contribution à la purification des déchets de silicium solaire oxydé à l'aide d'un procédé assisté par plasma thermique". Thesis, Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO0033/document.

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Abstract (sommario):

La découpe de wafers génère des quantités importantes de déchets de silicium de grade solaire qui ne sont pas revalorisés actuellement à cause de la contamination lors du procédé de découpe. Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l’étude de la purification de déchets de silicium solaire à l’aide d’un procédé assisté par une torche à plasma d’arc non transféré. Cette étude a été menée selon une double approche numérique et expérimentale. Les calculs numériques ont été réalisés à l’aide d’un code de calcul de mécanique des fluides. Ils sont utilisés pour dimensionner la configuration expérimentale et pour comprendre l’influence des paramètres opératoires sur l’écoulement gazeux et le traitement des particules. L’étude expérimentale a consisté à ’injecter des déchets pulvérulents de silicium (sciures de silicium, poudre de concassage) dans un jet de plasma sous atmosphère contrôlée puis à les collecter dans un creuset chaud. La désoxydation et la décarburation de déchets de silicium, notamment de la sciure issue de la découpe des wafers, a été mise en évidence à l’aide du procédé développé. Toutefois, l’élimination des impuretés métalliques dans les sciures de silicium n’a pas été démontrée lors de cette étude. Les résultats expérimentaux et numériques ont mis en évidence que la désoxydation est améliorée avec un jet de plasma lent ainsi qu’avec une teneur en air résiduelle limitée dans la zone de traitement. La carboréduction de la silice ainsi que la volatilisation de la silice par oxydation du silicium semblent être les deux mécanismes de purification mis en jeu lors du procédé
Wafer manufacturing produces large amounts of solar-grade silicon waste that is not currently recovered because of its contamination during the slicing process. This work deals with the purification of silicon waste using a non-transferred arc plasma process. It was carried out by using a double approach combining numerical simulations and experiments. The former were done using a computational fluid dynamics (CFD) code and made it to size the experimental configuration and understand the effect of process parameters on gas flow fields and powder treatment. The experimental study consisted in injecting powdered silicon waste (sawdust silicon, crushed powder) into the plasma jet under controlled atmosphere and collecting the treated material in a hot crucible. Decarburization and deoxidation of silicon waste, including sawdust resulting from wafer slicing, was achieved by the developed method. However, the removal of metal impurities in silicon sawdust was not demonstrated in this study. The experimental and numerical results showed that deoxidation was improved with a low-velocity plasma jet and limited air content in the area of treatment. Silica carboreduction and silica volatilization by silicon oxidation seemed to be the two mechanisms involved in the purification process

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Bechu, Solène. "Etude et caractérisation de couches minces photosensibles organique-inorganique à base de titane pour la conversion de l'énergie solaire". Thesis, Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016NANT4025/document.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur l'étude et la mise en forme de sols gels photosensibles d'oxyde de titane. Ces oxydes de titane ont la particularité de présenter, après réduction du Ti(IV) en Ti(III), un niveau intermédiaire dans leur bande interdite. Ils peuvent ainsi être des candidats potentiels pour des applications photovoltaïques, notamment pour la troisième génération de cellules solaires, visant à dépasser le rendement théorique de Schokley-Queisser. Ces oxydes ont déjà pu être caractérisés en volume lors de précédents travaux au sein de l'Institut des Matériaux Jean Rouxel, mais ont été étudiés sous la forme de couches minces pour la première fois lors ce travail. Dans un premier temps, une étude par spectroscopies Infra-Rouge et Raman a été mise en place afin d'étudier le mécanisme de polycondensation de ces sols en gels d'oxydes de titane. Puis, une caractérisation des couches minces de ce sol-gel est réalisée à la fois par spectroscopie Infra-Rouge, Raman et par XPS. La seconde partie de ce travail est basée sur les changements observés dans la nature du matériau, une fois la réduction initiée. Pour cela, des illuminations in situ ont été réalisées en XPS et en Infra-Rouge sur des couches minces et leurs états intermédiaires ont été caractérisés. Une méthode vectorielle a également été développée dans l'optique d'identifier et approfondir la nature de ces changements. Enfin, ces sols-gels d'oxydes de titane ont été utilisés pour réaliser des cellules solaires de troisième génération, basées sur des architectures utilisées dans des cellules solaires organiques. Des mesures courants-tension ont été réalisées, en utilisant différentes couches interfaciales
This work is based on the study and the processing of photosensitive titanium oxide sol gel as thin films. Theses titanium oxides are relevant due to the presence of an intermediate level in the material band gap, after photo-reduction of the Ti(IV) in Ti(III). They are potential candidates for photovoltaic application, specifically for the third solar cells generation, which aims to overlay the Schockley-Queisser theoretical limit. Previous studies were run on the bulk materials at the Institut des Matériaux Jean Rouxel, however here, the study will be focused on thin films from those oxides. First of all, spectroscopic studies (Infra-Red and Raman) are carried out to understand the polycondensation mechanism of those titanium oxides sols-gels. Then, a characterization is led by Infra-Red, Raman and XPS on thin films made from those materials. The second part of this work is relative to the changes observed in the material during the reduction of Ti(IV) in Ti(III). In order to understand it, insitu illuminations were performed and the evolutions of XPS and Infra-Red spectra were analyzed. Intermediate states were characterized, through a vectorial method, developed in order to identify and understand the changes. Finally, those sols-gels have been used to fabricate third generation solar cells, based on the architecture of organic solar cells. Current-voltage measurements were performed, by using different interfacial layers

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Michel, Benoît. "Procédé thermochimique pour le stockage intersaisonnier de l'énergie solaire : modélisation multi-échelles et expérimentation d'un prototype sous air humide". Phd thesis, Université de Perpignan, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00818838.

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Abstract (sommario):

Compte tenu du déphasage entre la ressource solaire et son utilisation, il peut être intéressant de valoriser l'excès d'énergie solaire durant l'été en réalisant un stockage longue durée afin de restituer ce surplus d'énergie pendant les périodes de chauffe. Les systèmes thermochimiques solide/gaz sont potentiellement de bons candidats pour le stockage de chaleur intersaisonnier. Ils permettent en effet d'obtenir de fortes densités énergétiques (entre 300 et 500 kWh.m-3 de solide réactif) et de s'affranchir des pertes thermiques au cours du temps (stockage sous forme de potentiel chimique). Ces systèmes sont basés sur un procédé cyclique faisant intervenir une réaction chimique renversable, entre un solide réactif poreux et un gaz réactif (le couple SrBr2/H2O dans notre cas). Cette réaction est endothermique dans un sens et exothermique dans l'autre. Un point clé des systèmes thermochimiques solide/gaz est la conception du lit réactif poreux et du réacteur, siège de la réaction thermochimique. Cette conception doit prendre en compte deux aspects, qui doivent être optimisés : les transferts de masse et de chaleur au sein du solide réactif et la densité énergétique du lit réactif, qui évoluent de manière antagoniste. Pour cela, différents outils ont été mis en place : d'une part différentes modélisations des milieux poreux réactifs sous flux d'air humide ont été élaborées. Ces modèles prennent en compte les transferts de masse et de chaleur à travers le lit poreux réactif. Et d'autre part des caractérisations des transferts de masse dans un lit poreux réactif ont été réalisées. A partir de ces outils, un prototype de stockage thermochimique a été conçu, expérimenté et analysé.

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Nourdine, Ali. "Matériaux polymères pour cellule solaire photovoltaïque organique : vers un nouveau procédé de mise en forme par extrusion de multicouches". Grenoble INPG, 2010. http://www.theses.fr/2010INPG0114.

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Abstract (sommario):

Les performances des cellules solaires photovoltaïques organiques dépendent de la morphologie de la couche active et de l’organisation des deux matériaux donneur et accepteur utilisés. L’optimisation de celles-ci implique un accroissement de la surface de l’interface donneur/accepteur et la maîtrise de la taille des domaines. Une nouvelle approche pourrait consister à réaliser une organisation forcée sous forme de nano-multicouches de deux polymères donneur et accepteur. Le travail présenté dans cette thèse s’intègre dans un projet à plus long terme qui est la mise au point d’un nouveau procédé sans solvant pour l’élaboration de cellules solaires photovoltaïques organiques nano-multicouches de type polymère donneur/polymère accepteur : l’extrusion. L’objet de cette thèse a consisté à choisir, synthétiser et étudier deux polymères photo-actifs donneur et accepteur « extrudables » et utilisables en cellules solaires : le poly(3-octylthiophène) comme polymère donneur et le polystyrène greffé par un taux optimisé en fullerène C60 comme polymère accepteur. Les travaux ont été réalisés au sein de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES), et se sont déroulés en trois phases. La première partie du travail a consisté à synthétiser et caractériser une série de polymères accepteurs avec différents taux de C60. Puis, outre l’étude des propriétés physicochimiques, nous nous sommes intéressés à leurs propriétés photovoltaïques (mesures de mobilité, tests en cellules solaires). Enfin, leurs comportements rhéologiques ainsi que leurs températures caractéristiques ont été étudiés afin de vérifier leur capacité de mise en œuvre et d’assemblage par extrusion
The performance of organic photovoltaic solar cells depends on the active layer morphology and the arrangement of the donor and acceptor. Increasing the amount of donor/acceptor interface and reducing the size of the domains optimize the photovoltaic efficiencies. A new approach could consist in using nano-multilayers of donor and acc¬¬¬eptor polymers by forced assembly. The work presented in this thesis is part of a broader project, which consists in developing a new solvent-free process for production of nano-multilayers organic solar cells alternating donor and acceptor layers. More specifically, the aim of this thesis was to select, synthesize and study photoactive and extrudable donor and acceptor polymers. Poly(3-octylthiophene) was chosen as the donor polymer and polystyrene grafted by an various percentage of fullerene C60 as the acceptor polymer. This work was realised at the National Institute of Solar Energy (INES), and was organized in three steps. The first part focused on synthesis and characterization of various acceptor polymers with different percentages of C60. Both physicochemical and photovoltaic properties (electron mobility, tests in solar cells) were characterized. Finally, the rheological behaviour and characteristic temperatures were studied to confirm their plausible processability by extrusion

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Xiong, Shuyao. "Nouveau procédé de mise en forme de matériaux composites et modélisation numérique pour les applications par voie solaire thermique". Electronic Thesis or Diss., Centrale Lille Institut, 2023. http://www.theses.fr/2023CLIL0031.

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Abstract (sommario):

L'énergie solaire, une alternative durable et non polluante aux combustibles fossiles, gagne en importance grâceaux propriétés améliorées des matériaux. Cette étude propose une approche novatrice pour les matériauxcomposites de récepteur solaire, intégrant une couche d'absorption et un substrat conducteur thermique. Diversespoudres, dont l'AlN, l'α-SiC, le Cu, l'acier inoxydable, le CaO (à l'échelle micronique, submicronique et nanométrique),le β-SiC, le γ-Al2O3 et le noir de carbone, ont été explorées. Des procédés innovants sans solvants et sans traitementthermique ont été introduits pour le mélange et le revêtement des poudres. Les pastilles, produites par frittage àplasma, comprennent de l'AlN avec des additifs CaO, de l'α-SiC avec des additifs CaO et Al2O3, du Cu avec du β-SiC, etde l'acier inoxydable. Le dépôt du matériau absorbeur solaire a utilisé du noir de carbone. Le simulateur solaire auto-construit a évalué l'absorption d'énergie et l'efficacité de transfert de chaleur. La méthode des éléments finis a simuléle transfert de chaleur radiatif et conducteur dans les pastilles poreuses composites. Les formes géométriquesalignées avec les structures des pastilles pour des comparaisons précises. Le Picomix s'est avéré supérieur au broyageà billes traditionnel pour préparer des poudres mélangées, offrant une approche sans solvant et respectueuse del'environnement. Atteignant une conductivité thermique de 135,3 W/m∙K, la pastille d'AlN avec 3 % en poids de nanoCaO à une vitesse de rotation de 5000 tr/min a excellé. Le revêtement à sec de β-SiC par Picomix a efficacement réduitl'oxydation du Cu tout en maintenant une conductivité thermique élevée, présentant une méthode prometteuse detraitement anti-oxydation. L'ajout de 9 % en poids d'Al2O3 et de CaO à l'α-SiC a élevé la conductivité thermique de sapastille à 114 W/m∙K. Sous le flux thermique radiatif élevé du simulateur solaire, les composites AlN-additif aveccouche de carbone et les pastilles α-SiC-additif ont présenté une amélioration de l'absorption d'énergie solaire et dutransfert de chaleur. Les résultats de la modélisation ont souligné l'influence combinée de l'épaisseur, de la porositéet de la conductivité thermique sur le transfert de chaleur des pastilles poreuses. Pour des pastilles d'épaisseurinférieure à 50 mm, une porosité inférieure à 0,3 et une conductivité thermique dépassant 100 W/m∙K, l'efficacité detransfert de chaleur est restée comparable. L'épaisseur de la couche d'absorption solaire a eu un impact significatifsur le taux de transfert de chaleur des pastilles poreuses/composites. La conductivité thermique du matériauabsorbeur solaire a eu peu d'impact sur l'absorption d'énergie solaire et l'efficacité de transfert de chaleur au-delà de50 W/m∙K. Diverses configurations géométriques ont produit des résultats de simulation comparables
Solar energy, a sustainable and non-polluting alternative to fossil fuels, gains momentum with enhanced materialproperties. This study proposes a novel approach for composite solar receiver materials, integrating an absorptionlayer and a thermal conductive substrate. Various powders, including AlN, α-SiC, Cu, stainless steel, CaO (micron,submicron, and nano-scale), β-SiC, γ-Al2O3, and carbon black, were explored. Innovative solvent-free processes andheat-treatment-free techniques were introduced for powder mixing and coating. Pellets, produced by spark plasmasintering, include AlN with CaO additives, α-SiC with CaO and Al2O3 additives, Cu with β-SiC, and stainless steel. Solarabsorber material deposition utilized carbon black. The self-constructed solar simulator assessed energy absorptionand heat transfer efficiency. Finite element method simulated radiative and conductive heat transfer in compositeporous pellets. Geometric shapes aligned with pellet structures for accurate comparisons. The Picomix provedsuperior to traditional ball milling for preparing mixed powders, offering a solvent-free and eco-friendly approach.Achieving a thermal conductivity of 135.3 W/m∙K, the AlN pellet with 3 wt% nano CaO at 5000 rpm rotational speedexceled. Dry-coating β-SiC by Picomix effectively reduced Cu oxidation while maintaining high thermal conductivity,presenting a promising anti-oxidation treatment. Adding 9 wt% Al2O3 and CaO to α-SiC elevated its pellet thermalconductivity to 114 W/m∙K. Under the solar simulator's high radiative heat flux, AlN-additive with carbon layercomposites and α-SiC-additive pellets exhibited enhanced solar energy absorption and heat transfer. Modeling resultsunderscored the combined influence of thickness, porosity, and thermal conductivity on porous pellet heat transfer.For pellets with thickness below 50 mm, porosity less than 0.3, and thermal conductivity surpassing 100 W/m∙K, heattransfer efficiency remained comparable. The solar absorption layer's thickness significantly impacted compositeporous pellet heat transfer rate. Solar absorber material’s thermal conductivity minimally affected solar energyabsorption and heat transfer efficiency beyond 50 W/m∙K. Diverse geometric model configurations yieldedcomparable simulation outcomes

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Abouchi, Hamza. "Purification de silicium solaire dans des réacteurs à grande surface". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI035.

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Abstract (sommario):

Le silicium de qualité solaire, nécessaire pour approvisionner le marché photovoltaïque en croissance constante, est produit par purification à partir du silicium métallurgique. La voie chimique de purification, la plus classique, a un coût énergétique élevé et pénalités environnementales. La voie métallurgique est une alternative qui doit réduire son coût de production pour répondre au faible prix du marché. Dans ce travail, nous étudions une percée technologique par rapport aux procédés existants pour éliminer le bore, tels que le procédé plasma précédemment étudié dans le laboratoire SIMaP.Le premier chapitre de cette thèse présente le contexte de la production de silicium pour les cellules solaires, en mettant l'accent sur la voie chimique et la voie métallurgique pour la purification du silicium, et explique l’objectif de ce travail. Le deuxième chapitre analyse l'état de l'art des procédés d'élimination du bore par soufflage de gaz. Les configurations utilisées par différentes équipes sont présentées. L’analyse bibliographique est spécialement axée sur le rôle des différentes espèces gazeuses, la cinétique de l'élimination du bore et la limitation de la purification par formation d'une couche de silice.Le troisième chapitre présente un modèle théorique développé au cours de cette thèse pour décrire l'élimination du bore par soufflage de gaz, dans des réacteurs en continu avec des flux de gaz et de liquide à contre-courant. Le modèle prend en compte un équilibre chimique à l'interface, le transfert de masse vers le cœur des fluides et la limitation du titre d’oxydant due à la formation d'une couche de silice. Il a été exploité à l'échelle du laboratoire, puis utilisé pour extrapoler à l'échelle industrielle.La partie expérimentale de la thèse est présentée dans les chapitres quatre et cinq, où la conception, la réalisation et les tests d'une expérience à l'échelle du laboratoire sont détaillés. La mise au point thermique a été effectuée et de nouveaux phénomènes ont été rapportés, impliquant la capillarité et la condensation des espèces gazeuses. Les résultats de l'élimination du bore sont présentés pour les situations où le flux continu de silicium a été supprimé. Comme nous l'avons montré dans notre dernier chapitre, de nouveaux développements expérimentaux seraient fructueux à l'échelle du laboratoire, en parallèle avec des études à l'échelle industrielle utilisant notre modèle théorique
Solar grade silicon, needed to supply the ever-growing photovoltaic market, has to be purified from metallurgical silicon. The classical chemical route for purification has a high energy cost and environmental drawbacks. The alternative metallurgical route has to decrease its production cost to meet with the low market price. In this work, we study a technology breakthrough compared to existing processes to remove boron, such as the plasma process previously studied in the SIMaP laboratory.The first chapter of this thesis presents the context of silicon production for solar cells, with focus on the chemical route and the metallurgical route for silicon purification, and explains the goal of this work. The second chapter discuss a state of the art of the processes to remove boron by gas blowing. Different setups of different teams are presented, and the literature survey is specially focused on the role of each gas species, the kinetics of the boron removal and the purification limit due to the formation of a silica layer.Chapter three presents a theoretical model developed during this PhD to describe the boron removal by gas blowing, in continuous reactors with counter-current gas and liquid flows. The model takes into account a chemical equilibrium at the interface, mass transfer to the bulk fluids and the limit on the oxidant fraction due to the formation of a silica layer. It was run at laboratory scale and then used to extrapolate at industrial scale.The experimental part of the thesis is presented in chapters four and five, where the design, realisation and tests of a laboratory scale experiment are detailed. Thermal tuning was performed and new phenomena were reported, involving capillarity and condensation of gaseous species. Boron removal results are shown for situations where the continuous flow of silicon was suppressed. As shown in our last chapter, further experimental developments would be fruitful at laboratory scale, together with studies at industrial scale using our theoretical model

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Slim, Rayan. "Étude et conception d'un procédé de séchage combiné de boues de stations d'épuration par énergie solaire et pompe à chaleur". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003485.

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Abstract (sommario):

La gestion des boues représente un véritable défi dû à sa consommation d'énergie et la pollution environnementale associée. L'objectif de ce mémoire est de concevoir et d'étudier un procédé de séchage de boues par énergie solaire et pompes à chaleur, et d'explorer les options techniques pour fournir l'appoint d'énergie aux boues. Un dispositif de séchage expérimental a été réalisé afin d'étudier le séchage conductif des boues et d'évaluer leurs caractéristiques. Une méthode analytique a été proposée pour évaluer la diffusivité de la vapeur d'eau dans les boues, modélisées en tant qu'ensemble d'agrégats poreux. Cette méthode, basée sur un modèle diffusif fickian, a permis de suivre l'évolution de facteur d'impédance de diffusion au cours d'un cycle de séchage. Les expériences ont souligné l'effet de la fréquence de retournements sur l'intensification du séchage. Les transferts de chaleur et de masse convectifs intervenant à l'interface de séchage air-boues ont été caractérisés expérimentalement. L'intensification de l'évaporation due à l'augmentation des vitesses d'air superficielles a été mise en évidence. Une corrélation a été établie pour rendre compte de l'écart entre les conductances latentes expérimentales et les conductances prévues par la théorie de Lewis, en fonction des siccités des boues. Le concept de soufflage d'air par fentes linéaires sur la largeur de la serre a été proposé comme moyen d'amélioration des conditions aérauliques dans une serre de séchage. A partir de ces développements, un modèle mathématique du procédé de séchage combiné a été établi afin d'évaluer ses performances et ses consommations énergétiques. Les données climatiques ont été intégrées afin d'évaluer les performances saisonnières du procédé et d'étudier l'influence des conditions climatiques sur les modes opératoires des pompes à chaleur. Les simulations ont permis de définir une logique de régulation optimale en termes de minimisation des consommations énergétiques marginales. En outre, le modèle a mis en évidence l'amélioration apportée par la réduction de l'épaisseur du lit de boues au cours d'un séchage combiné.

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N'Tsoukpoe, Kokouvi Edem. "Etude du stockage à long terme de l'énergie solaire thermique par procédé d'absorption LiBr-H2O pour le chauffage de l'habitat". Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00710249.

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Abstract (sommario):

Le stockage de l'énergie solaire thermique s'avère aujourd'hui nécessaire si on veut atteindre une meilleure efficacité et une utilisation à grande échelle de cette ressource. Le stockage sous forme de potentiel chimique se révèle être adapté au stockage de chaleur sur le long terme (cycles saisonniers ou pluriannuels) parce qu'il présente les moindres pertes thermiques par rapport au stockage sensible ou latent. Malgré les avancées significatives faites ces dernières années dans ce domaine, il n'existe pas aujourd'hui de système achevé dédié à ce type de stockage. Le but du présent travail est de démontrer la faisabilité d'un procédé de stockage de chaleur solaire à long terme par absorption pour le chauffage des bâtiments. La chaleur est stockée en été grâce à la désorption et restituée en hiver à travers l'absorption. Une analyse multicritère portant des couples de sorption possibles a permis d'identifier le couple LiBr−H2O pour la démonstration de faisabilité du concept. Il a été montré que la cristallisation d'une partie de la solution permet de multiplier par trois la densité de stockage énergétique et donc d'améliorer la compétitivité du procédé. Un modèle dynamique a été développé pour dimensionner et simuler les performances du système sous différentes conditions opératoires. De nombreuses simulations paramétriques ont permis de discuter de l'influence de différents paramètres et aspects du contrôle du procédé. Cela a donné lieu à la conception et au dimensionnement d'un prototype de démonstration capable de stocker 8 kWh de chaleur et de produire une puissance moyenne de chauffage de 1 kW. Ce prototype a été construit et expérimenté en fonctionnement statique et dynamique sur un banc d'essai, dans des conditions compatibles avec une installation solaire domestique. La faisabilité de la charge du procédé a ainsi été démontrée. L'absorption durant la phase de décharge est effective bien que des problèmes, dus notamment à une conception inadaptée de l'absorbeur, n'ont pas permis d'assurer la restitution de la chaleur. Différents aspects tels que la stratification et la circulation de la solution dans son réservoir ont également été abordés. La confrontation du modèle et des résultats expérimentaux a ainsi été réalisée et discutée.

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Bounaceur, Arezki. "Interaction lit fluidisé de particules solides-rayonnement solaire concentré pour la mise au point d'un procédé de chauffage de gaz à plus de 1000 K". Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00409692.

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Abstract (sommario):

A l'heure actuelle les énergies fossiles traditionnelles (pétrole, charbon...) commencent à s'épuiser, ce qui pousse l'humanité à chercher d'autres sources d'énergie pour subvenir à ses besoins. La nature recèle beaucoup de sources d'énergie inépuisables et non polluantes comme l'énergie solaire, la biomasse et l'énergie éolienne. La disponibilité de l'énergie solaire, sa gratuité et son renouvellement encouragent sa collecte et son exploitation. L'énergie solaire peut être collectée pour diverses utilisations comme la réalisation d'une réaction chimique endothermique ou la production de l'électricité. La production de l'électricité solaire est opérée soit par des procédés photovoltaïques, soit par des procédés thermodynamiques. Ceux ci ont un rendement déjà intéressants, mais sont actuellement limités par la température des cycles à vapeur. Pour améliorer l'efficacité énergétique de ces procédés, une des solutions est de chauffer un gaz à très hautes températures en entrée d'une turbine à gaz. Le travail présenté dans ce mémoire décrit un procédé de collecte d'énergie solaire concentrée basé sur un lit fluidisé à changement de section. La collecte de l'énergie solaire se fait directement au travers d'une fenêtre transparente en quartz. La conception de notre récepteur solaire est basée sur deux études. La première consiste à tester plusieurs colonnes transparentes à froid de géométries et de dimensions différentes pour optimiser la distribution des particules lors de la fluidisation. Elle nous a permis de choisir les dimensions et la géométrie du récepteur solaire. En parallèle, nous avons réalisé un premier récepteur avec éclairement artificiel par des lampes infrarouges, au laboratoire RAPSODEE de l'Ecole des Mines d'Albi. Il nous a permis de vérifier la faisabilité du procédé et d'avoir les premiers résultats de la fluidisation à chaud. Le récepteur solaire a été ensuite testé au four solaire de 4,6 m du PROMES-CNRS à Odeillo. Durant notre travail nous avons étudié expérimentalement et numériquement les transferts thermiques dans le lit fluidisé et l'influence des divers paramètres physiques sur l'efficacité du récepteur. Un modèle mathématique des transferts radiatifs basé sur la méthode de Monte Carlo en 1 D a été réalisé. Ce modèle permet de déterminer la distribution des densités de flux thermiques dans les différentes couches du lit fluidisé ainsi que les pertes radiatives. Nous concluons sur la pertinence de nos choix dans ce travail et sur les perspectives.

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Marchal, Clément. "Synthèse et réactivité de nanocomposites Au / g-C3N4 / TiO2 pour la production d’hydrogène par procédé photocatalytique sous illumination solaire et visible". Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAF011/document.

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Abstract (sommario):

Dans le contexte actuel d’une demande énergétique croissante associée à un appauvrissement des ressources fossiles, il devient urgent de trouver des sources d’énergies alternatives, écologiquement et économiquement viables. La photocatalyse est une voie prometteuse et innovante pour produire de l’hydrogène (H2) à partir d’énergies renouvelables. Le but est de développer des matériaux stables et efficaces pour amener le procédé à un niveau de maturité suffisant pour de possibles développements à moyen terme.Cette thèse est axée sur l’élaboration et l’optimisation de nouveaux systèmes composites nanostructurés, Au / gC3N4 / TiO2, pour la production d’hydrogène par procédé photocatalytique à partir de l’eau et de l’énergie solaire. L’aspect innovant étant d’optimiser chaque composant de manière à tirer profit des avantages de chacun, puis à surmonter leurs limitations individuelles en les associant de manière intime dans des structure hiérarchisées afin d’obtenir des taux de production d’H2 compétitifs à température ambiante sous illumination solaire et visible. Une étude comparative a également été entreprise sur le photocatalyseur commercial TiO2 P25 « Evonik ® » et met en avant l’efficacité de ces nouveaux matériaux. Pour finir, les activités photocatalytiques de ces composites ont ensuite été corrélées avec leurs propriétés physico-chimiques
Nowadays, energy demand is constantly increasing while fossil ressources are dwindling and has become imperative to find new alternative energy sources. Photocatalysis is a promising and innovative way to produce hydrogen (H2) from renewable energies. The ai mis to develop stable and efficient materials in order to bring the process towards sufficient efficiency for possible mid-term developments. This thesis focuses on the development and optimization of new nanostructured composite systems, Au / gC3N4 / TiO2, for hydrogen produciton by water-splitting. The innovative aspect is to optimize every components in order to take advantages of each and then to intimately associate them in hierarchical structure for obtaining competitive rates of hydrogen production at room temperature under solar and visible illumination. A comparative study was also undertaken on commercial photocatalyst TiO2 P25 « Evonik ® » to highlight the efficiency of these new materials. Finally, photocatalytic activities of these composites were correlated with their physico-chemical properties

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Tardieu, Alaphilippe Muriel. "Recherche d'un nouveau procédé de conversion thermodynamique de l'énergie solaire, en vue de son application à la cogénération de petite puissance". Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3036.

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Abstract (sommario):

Dans le contexte énergétique et environnemental actuel, il devient capital de développer des solutions énergétiques "propres". Le travail réalisé dans cette thèse consiste en la recherche d'une nouvelle solution thermodynamique de conversion de l'énergie solaire pour la production d'électricité de faible puissance (< 50 kW) adaptée aux applications de cogénération. De technologie simple et accessible aux pays en voie de développement, le système doit pouvoir concurrencer les procédés existants : photovoltaïques et Dish-Stirling. Une classification des systèmes générateurs d'énergie motrice, réalisée à partir d'un "caryotype", permet de répertorier les solutions thermodynamiques envisageables pour la conversion de l'énergie solaire. Le système finalement choisi est basé sur le couplage d'un moteur Ericsson en cycle ouvert avec un capteur cylindro-parabolique de conception simple. Une première étude théorique des performances énergétiques et exergétiques instantanées de ce système est complétée par une analyse des performances en condition d'ensoleillement réel, avec et sans stockage thermique, puis pour deux localisations, l'une en France, l'autre en Algérie. Ces analyses conduisent au dimensionnement d'installations et à l'évaluation des performances journalières mensuelles et annuelles. Enfin, une analyse expérimentale permet de caractériser les aspects liés aux transferts thermiques dans le capteur solaire cylindro-parabolique. Le travail réalisé démontre finalement l'intérêt d'un tel système et encourage à poursuivre les investigations dans cette voie
Nowadays, in our energy and environmental context, one of our major problems is the development of "clean" energy solutions. The subject of this thesis consists in the research of a new solution of thermodynamic solar energy conversion, in order to produce low power electricity (< 50 kW) adapted to cogeneration. The technology has to be simple and suitable for developing countries. The system must be able to become a challenge to the existing processes: i. E. Photovoltaïc or dish Stirling systems. A general classification of small size power system, realized from a "karyotype", allows to list the possible solutions for solar energy conversion. The system finally chosen is based on the coupling of an Ericsson engine in opened cycle with a simple parabolic trough collector. A first theoretical analysis of the energetic and exergetic performances of the system is completed by an analysis of the power plant performances during a real period of sunshine, with and without thermal storage, then for two locations, the first one in France, the other in Algeria. These analyses lead to the sizing of the system and the evaluation of the monthly and annual daily performances. Finally an experimental analysis allows to characterize the thermal transfers in the parabolic trough solar collector

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Atheba, Grah Patrick. "Traitement des eaux par action combinée de la photocatalyse solaire et de l'adsorption sur charbon actif : conception et réalisation du procédé". Thesis, Metz, 2009. http://www.theses.fr/2009METZ032S/document.

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Abstract (sommario):

Nos études ont portés sur la mise au point d'un photoréacteur simple fabriqué à partir des chutes de polymères et de valoriser les déchets de coques de noix de coco en les transformant en charbons actif, pour le traitement des eaux usées. Dans première phase de notre étude, le photoréacteur a permis d'effectuer la photodégradation du Diuron (abondant dans les herbicides utilisés en agriculture), sous irradiation artificielle (lampe à UV) et naturelle (rayons solaires). Les tests ont été effectués sur deux catalyseurs commerciaux supportés (la Quartzel de Saint Gobain-quartz et le papier cellulosique d'Alsthom). La photodégradation du Diuron suit une cinétique de pseudo-ordre un. Dans le souci de valoriser les déchets agricoles de la Côte d'Ivoire (principalement les déchets ultimes de coco), des charbons actifs ont été préparés à partir de ceux-ci par activation physique. Nous avons développé une méthode qui tient compte du facteur coût et performance du produit. Des tests de caractérisations chimiques et physiques ont été effectués. Notre charbon "optimisé" a une surface spécifique de 750 m² par gramme environ, est essentiellement microporeux et contient des fonctions acides et bases à sa surface. Les études cinétiques d'adsorption du Diuron ont montré que ce charbon optimisé a une bonne affinité avec cette molécule sonde. Nous avons dans la dernière partie de notre étude combinée les deux procédés (Photocatalyse et adsorption sur charbon actif). Des études préliminaires ont été effectuées Ces tests nous ont permis de mettre en place le protocole expérimental utilisé, qui consistait à faire de la photodégradation pendant 90 minutes environ et ensuite de faire passer la solution sur une cartouche de charbon actif préparé par nous même. Une étude comparative des trois procédés a été effectuée et nous avons observé des avantages liés au couplage TiO2/CA. Nous avons pu éliminer les derniers pourcentages de Diuron et des éventuels sous-produits de la photodégradation du Diuron. De plus techniquement nous pouvons réaliser un procédé de photocatalyse le jour et d’adsorption la nuit
Our studies have focused on the development of a simple photoreactor hand-made from polymer wastes and recover the coconut shell waste tuning them into activated carbon for the treatment of wastewater. The first part of our study, the photoreactor allowed for the photodegradation of Diuron (abundant in herbicides used in agriculture), under artificial (UV lamp) and natural (sunlight) irradiation. The tests were conducted on two commercial supported catalysts (the Quartzel for Saint-Gobain Quartz and cellulosic support for Ahlstrom). The photodegradation of Diuron kinetics follows a pseudo-first order. The cellulosic support is suitable of our photoreactor even if the Quartzel is more efficient than the cellulosic support. The photodégradation under both two irradiation sources is the same. In order to recover the waste agricultural on Côte d'Ivoire (mainly final waste coconut shell), active carbons were prepared from them by physical activation. We have developed a method that takes into account the cost factor and product performance. Tests of physical and chemical characterizations were performed. Our coal "optimized" has a specific surface of 750 m² per gram about is essentially microporous and contains features acids and bases on its surface. Kinetic studies of adsorption of Diuron showed that the optimized coal has a good affinity with the probe molecule. We have in the last part of our study combined the two processes (photocatalysis followed by adsorption on activated carbon). Preliminary studies on the photo-reactors were carried out. These tests have allowed us to establish the experimental protocol used, which was to make the photodegradation for 90 minutes and then pass the solution through a cartridge of activated carbon prepared by ourselves. A comparative study of three methods was performed and we observed the benefits of coupling TiO2/CA. We could eliminate 10 % of Diuron, and by-products of photodegradation of Diuron remained on the solution. Also technically we can do the process by the day by Photocatalysis and by night by adsorption

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Boulnois, Gabriel. "Intégration d'un procédé de stockage thermochimique à une centrale solaire thermodynamique : de l'expérimentation à l'échelle matériau aux performances énergétiques à l'échelle système". Thesis, Perpignan, 2016. http://www.theses.fr/2016PERP0013/document.

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Abstract (sommario):

Les procédés de stockage de chaleur haute température par voie thermochimique solide/gaz présentent un grand intérêt pour des applications à des centrales solaires thermodynamiques. Le couple réactif CaO/Ca(OH)2 est adapté à cette application pour des déstockages entre 350 et 550°C sous des pressions de vapeur entre 0,2 et 2bar. Les paramètres de transferts de chaleur et de masse de lits de Ca(OH)2+GNE ont été évalués au travers de corrélations et d'expérimentations. Des expérimentations ont permis d'atteindre des puissances en réaction de déstockage supérieures à 200kW.m-3 pour des durées compatibles avec les centrales solaires (1 à 15h). Un modèle 2D a été développé, validé et exploité afin d'étudier les influences couplées des différents paramètres sur les performances du TCS. Enfin, l'intérêt de différentes configurations d'intégration du TCS dans la centrale solaire ont été mis en évidence en termes de performances et de puissances thermiques échangées avec les sources et puits
High-temperature heat storage processes using thermochemical solid/gas reaction exhibit great interest for applications in solar thermodynamic power plants. The reactive pair CaO/Ca(OH)2 is suitable for this recovery step application ranging from 350 to 550°C within steam pressures from 0.2 to 2 bar. Heat and mass transfer Ca(OH)2+GNE beds parameters were evaluated through correlations and experimentations. Experiments achieved recovery reaction powers above 200kW.m-3 for compatible durations with solar power plants (1 to 15 hours). A 2D model was developed, validated and exploited to study the coupled influences of different parameters on the performance of TCS. Finally, the benefit of different configurations of TCS integration within the solar power plant have been highlighted in terms of thermal performances and sources and sinks power exchanges

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Bounaceur, Arezki. "Interaction lit fluidisé de particules solides-rayonnement solaire concentré pour la mise au point d’un procédé de chauffage de gaz à plus de 1000 K". Paris, ENMP, 2008. http://pastel.paristech.org/5281/01/These-Bounaceur.pdf.

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Abstract (sommario):

A l'heure actuelle les énergies fossiles traditionnelles (pétrole, charbon…) commencent à s'épuiser, ce qui pousse l'humanité à chercher d'autres sources d'énergie pour subvenir à ses besoins. La nature recèle beaucoup de sources d'énergie inépuisables et non polluantes comme l'énergie solaire, la biomasse et l'énergie éolienne. La disponibilité de l'énergie solaire, sa gratuité et son renouvellement encouragent sa collecte et son exploitation. L'énergie solaire peut être collectée pour diverses utilisations comme la réalisation d'une réaction chimique endothermique ou la production de l'électricité. La production de l'électricité solaire est opérée soit par des procédés photovoltaïques, soit par des procédés thermodynamiques. Ceux ci ont un rendement déjà intéressants, mais sont actuellement limités par la température des cycles à vapeur. Pour améliorer l'efficacité énergétique de ces procédés, une des solutions est de chauffer un gaz à très hautes températures en entrée d'une turbine à gaz. Le travail présenté dans ce mémoire décrit un procédé de collecte d'énergie solaire concentrée basé sur un lit fluidisé à changement de section. La collecte de l'énergie solaire se fait directement au travers d'une fenêtre transparente en quartz. La conception de notre récepteur solaire est basée sur deux études. La première consiste à tester plusieurs colonnes transparentes à froid de géométries et de dimensions différentes pour optimiser la distribution des particules lors de la fluidisation. Elle nous a permis de choisir les dimensions et la géométrie du récepteur solaire. En parallèle, nous avons réalisé un premier récepteur avec éclairement artificiel par des lampes infrarouges, au laboratoire RAPSODEE de l'Ecole des Mines d'Albi. Il nous a permis de vérifier la faisabilité du procédé et d'avoir les premiers résultats de la fluidisation à chaud. Le récepteur solaire a été ensuite testé au four solaire de 4,6 m du PROMES-CNRS à Odeillo. Durant notre travail nous avons étudié expérimentalement et numériquement les transferts thermiques dans le lit fluidisé et l'influence des divers paramètres physiques sur l'efficacité du récepteur. Un modèle mathématique des transferts radiatifs basé sur la méthode de Monte Carlo en 1 D a été réalisé. Ce modèle permet de déterminer la distribution des densités de flux thermiques dans les différentes couches du lit fluidisé ainsi que les pertes radiatives. Nous concluons sur la pertinence de nos choix dans ce travail et sur les perspectives. Mots clés : rayonnement solaire concentré, lit fluidisé, gaz chaud, récepteur solaire, transfert radiatif, Méthode de Monte Carlo
At the moment the traditional fossil energy (oil, coal. . . ) are beginning to run out, causing humanity to seek other sources of energy to meet his needs. Nature holds many sources of inexhaustible and clean energy like solar energy, biomass and wind energy. The availability of solar energy, its free and renewal encourage its collection and use. Solar energy can be collected for various uses as conducting an endothermic chemical reaction or production of electricity. The production of solar electricity is made by photovoltaic processes or by thermodynamic processes. Those have an interesting performance, but are currently limited by temperature steam cycles. One solution is to heat a gas at very high temperatures at the entrance of a gas turbine. The work presented in this report describes a process of collecting concentrated solar energy based on a change section fluidized bed. The collection of solar energy is directly through a transparent quartz window. The design of our solar receiver is based on two studies. The first enable us to cold test several transparent columns with different geometries and dimensions to optimize the distribution of particles during fluidization. This study enable us to choose the dimensions and geometry of the solar receiver. In parallel, we made a first receiver artificial illumination by infrared lamps. We have designed the receiver in RAPSODEE laboratory of the Ecole des Mines d'Albi. It helped us to verify the feasibility of the process and to have the first results of the hot fluidized bed. The solar receiver was then tested in 4. 6 m solar concentrator of PROMES-CNRS Odeillo. During our work we studied experimentally and numerically heat transfer in the fluidized bed and the influence of various physical parameters for the effectiveness of the receiver. A mathematical model of radiative transfer based on the Monte Carlo Method in 1 D was achieved. The model is used to determine the distribution of heat in the different layers of the fluidized bed and the radiative losses. We conclude for the relevance of our choice in this work and the perspectives. Key words : concentrated solar radiation, fluidized bed, hot gas, solar receiver, radiative heat transfer, Monte Carlo Method

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Veynandt, François. "Cogénération héliothermodynamique avec concentrateur linéaire de Fresnel : modélisation de l’ensemble du procédé". Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0116/document.

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Abstract (sommario):

Le concentrateur à réflecteur linéaire de Fresnel (LFR) est une technologie solaire thermodynamique en plein essor : petites applications industrielles (chaleur, froid, électricité) à centrales électriques (10-100 MWel). Ce travail de thèse établit un modèle global du procédé solaire, en régime permanent, pour un prédimensionnement du système. Le modèle comprend trois parties chaînées : (i) les transferts radiatifs dans le concentrateur optique, modélisés précisément par une méthode de Monte Carlo (environnement EDStar) ; (ii) les transferts thermiques dans le récepteur, évalués analytiquement (puissances, températures) ; (iii) le cycle thermodynamique, avec Thermoptim. L’application étudiée couple un concentrateur LFR à un moteur Ericsson. L’air est fluide caloporteur et de travail. Un prototype est en construction. L’hybridation et le stockage thermique sont des options clés. Un modèle systémique permettrait d’optimiser l’opération du procédé, en étudiant son comportement dynamique
Linear Fresnel Reflector (LFR) is a promising Concentrating Solar Power technology. Research is booming and industrial applications are emerging. Applications range from small production units (heat, cold, electricity) to utility scale power plants (several tenths of MW). This PhD work establishes a global model of the solar process, in order to improve our knowledge of the system’s performances. It is a static model suited for a pre-design of the system. The model is chaining three parts. Radiative heat transfer in the optical concentrator is modelled by Monte Carlo statistical Method. The algorithm enables a detailed study of any geometrical configuration, especially through absorbed power flux maps on the receiver. The simulation tool is using the environment of development EDStar. The thermal model calculates analytically the useful thermal power, losses and temperature profiles along the receiver (glass cover, fluid, pipe...). The thermodynamic cycle is simulated analytically using the software Thermoptim. The studied application uses air as heat transfer and working fluid. Air directly feeds an Ericsson engine. The engine developed by LaTEP laboratory is promising for small scale cogeneration (1 to several tenths of kWel). The prototype Linear Fresnel Reflector built in Ecole des Mines d’Albi will enable experimental study of a solar process coupling an LFR concentrator and an Ericsson engine. The technology under study can feed a power plant or a cogeneration system in the industry, producing electricity and heat at 100 to 250°C. Hybridisation with an other energy source (biomass, gas...) and thermal storage (molten salt?) are key features to investigate. To optimise the operating strategy of the process, dynamic behaviour must be studied: a systemic or agent based model is a very relevant approach

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Youssef, Laurène. "Développement par procédé plasma de couches minces de type TiO2 dopé à l'azote pour la production d'hydrogène par photo-électrolyse de l'eau sous lumière solaire". Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS133/document.

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Abstract (sommario):

Le couplage direct de la séparation et de la photo-catalyse en utilisant des membranes à base de dioxyde de titane, est une approche intéressante habituellement appliquée dans les dispositifs de traitement de l'eau, et récemment envisagée pour d’autres applications, telle que la production d’hydrogène par photo-électrolyse de l’eau. En effet, le dioxyde de titane (TiO2) est bien connu pour ses propriétés photo-catalytiques. En outre, s’il est immobilisé sur support membranaire plutôt qu’utilisé en suspension, son intégration en procédé de séparation est facilitée, sans compter les gains apportés au procédé en termes de compacité, d’intégrité et de capacité séparative. Pour une telle application, des cellules originales sous forme de multicouches sont requises. Certains systèmes sont décrits dans la littérature mais aucun d’entre eux n’est réellement intégré (c’est-à-dire basé sur une géométrie de type multicouche micro-architecturée), ni formé de couches minces obtenus par procédés plasma. Or les procédés plasma sont généralement compétitifs pour l’obtention de systèmes multicouches de hautes intégrité et compacité. Dans le cadre de récents travaux menés à l’IEM, différents types de couches minces ont été préparés par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), à savoir des films de TiO2 connus pour leurs propriétés photo-catalytiques et des membranes phosphoniques de conduction protonique avérée. En outre, des films minces de platine efficaces pour la réduction catalytique des protons en hydrogène peuvent être également déposés par un autre procédé plasma, la pulvérisation cathodique. Au cours de ce travail de thèse, des films de TiO2 obtenus par PECVD Basse Fréquence sont optimisés en termes d’activité photo-catalytique et de propriétés séparatives; cette optimisation, qui concerne le dopage à l’azote du TiO2 (permettant le déplacement de la bande interdite de la région UV vers la région visible), est le premier objectif de ce projet de thèse. Les films minces sont caractérisés du point de vue de leurs propriétés structurales et fonctionnelles. Le second objectif de la thèse est de montrer l’intérêt de ces films de TiO2 dans la production/séparation d’hydrogène par voie solaire. Dans ce but, la photo-activité des films dans le noir, sous UV et sous visible est étudiée dans une cellule mono-compartiment où les deux électrodes baignent dans un électrolyte liquide. Des études électrochimiques plus poussées en présence d’une membrane électrolyte commerciale et d’une cathode de platine (dont les caractérisations en propre sont portées en annexes de ce travail), sont aussi abordées. Le dernier objectif de cette thèse est le transfert de la technologie des procédés plasma de l’Institut Européen des Membranes de l’Université de Montpellier vers le Laboratoire Chimie-Physique des Matériaux de l’Université Libanaise. Les détails de l’installation du réacteur au Liban font l’objet du dernier chapitre de la thèse ainsi que les résultats des premiers tests de dépôt sur la base de conditions opératoires précédemment optimisées à l’Institut Européen des Membranes
Direct coupling of separation and photo-catalysis using membranes based on titanium dioxide, is an interesting approach usually applied in water treatment devices, and recently considered for other applications, such as hydrogen production by water photo-electrolysis. Indeed, titanium dioxide (TiO2) is well-known for its photo-catalytic properties. In addition, if it is immobilized on membrane supports rather than used in suspensions, its integration in the separation process is facilitated and some advantages of the process in terms of compactness, integrity and separation capacity are provided. For such an application, original multilayered cells are required. Some systems are described in the literature but none of them is truly integrated (that is to say based on a micro-architecture geometry of multi-layer type) or formed of thin layers obtained by plasma processes. Now plasma processes are generally competitive for obtaining multilayered systems with high integrity and compactness. As part of recent works at IEM, various types of thin films were prepared by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) to include TiO2 films known for their photo-catalytic properties and phosphonic acid membranes with average protons conductivity. In addition, effective platinum thin films for the protons catalytic reduction into hydrogen could also be deposited by another plasma process, sputtering. In this work, TiO2 films obtained by Low Frequency PECVD are optimized in terms of photo-catalytic activity and separation properties; this optimization, regarding the nitrogen doping of TiO2 (for the band gap shifting from the UV region to the visible region), is the first objective of this thesis project. The thin films structural and functional properties are characterized.The second aim of this thesis is to demonstrate the competitiveness of these films for the Hydrogen production/separation by solar energy. To this end, the layers photo-response has been tested in the dark, under UV and under visible light in a mono-compartment cell where both electrodes are immersed in a liquid electrolyte. Further studies integrating the TiO2 layers in contact with a commercial electrolyte membrane and a platinum counter-electrode (whose characterizations are presented in annexes), are also performed. The last aim of this work is the Plasma technology transfer from the European Membrane Institute of University of Montpellier to the Laboratory of Physical Chemistry of Materials of Lebanese University. The installation and configuration details are presented in the last chapter as well as the results of the first depositions based on operating conditions already optimized at European Membrane Institute

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Lefebvre, Emeline. "Procédé par absorption avec stockage d’énergie solaire intersaisonnier intensifié par la cristallisation de l’absorbant : recherche & caractérisation thermodynamique de nouveaux couples : conception de la cuve de stockage". Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10248.

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Abstract (sommario):

Le potentiel de l'énergie solaire comme énergie renouvelable a été largement démontré depuis plusieurs années. Le stockage inter-saisonnier de cette énergie peut être réalisé au moyen d'un nouveau procédé basé sur l'absorption de la vapeur d'eau par une solution saline. L'innovation de ce procédé réside en la cristallisation du sel dans la cuve de stockage pour optimiser les capacités de stockage. Une étude préalable a été réalisée en utilisant le bromure de lithium (LiBr) comme absorbant avec des rendements thermiques très encourageants. Toutefois, son prix élevé ne permet pas d'envisager son utilisation dans un procédé industriel. L'objectif de cette thèse est d'évaluer et de déterminer de nouveaux couples d'absorption potentiellement utilisables industriellement dans ce procédé. Le premier chapitre présente une étude bibliographique des procédés de stockage, plus particulièrement ceux basés sur l'absorption. Les deuxième et troisième chapitres présentent les propriétés thermodynamiques des sels, obtenues par des mesures calorimétriques et de pressions de vapeur, et le calcul des paramètres procédés qui ont conduit au choix du couple de sorption permettant de répondre à l'ensemble des spécifications du procédé. Le quatrième chapitre présente l'étude de l'équilibre solide/liquide/vapeur de ce nouveau couple, pour obtenir l'ensemble des données de base nécessaires pour l'étude de la cristallisation du sel dans l'eau, et sa comparaison avec le couple LiBr/H20. Ce point est présenté dans le dernier chapitre en synergie avec des modélisations CFD des écoulements au sein de la cuve de stockage
The use of solar energy as a renewable energy has been widely demonstrated since many years. Thermal solar energy storage is an interesting way of reducing gas emissions. This storage can be achieved using water vapor absorption-desorption in a binary system with a desiccant salt. The innovation of this project is the crystallization of the salt solution as its temperature falls under the storage temperature to optimize the storage capacity. A previous work was realized using LiBr as absorbent. In spite of its interesting efficiency, two major drawbacks have been underlined: its price and its low storage capacity. This work is dedicated to evaluate and characterize new potential candidates of absorbent usable in the industrial process. The first chapter presents a bibliography report of the various thermal energy processes. The second and third chapters display the thermodynamical properties of the selected binary systems, calculated from calorimetric and vapor pressure measurements, and calculated process parameters which lead to select the new absorbent. The fourth chapter is based on the study of the solid/liquid/gas equilibrium of the new binary system and of LiBr/H20 to characterize the crystallized phases in many different equilibrium states. Finally, the last chapter presents a preliminary study of the CFD modeling of the non-isothermal flow in the storage tank and the suggested geometries tested for the crystallization of KHCOO in the storage tank

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Zhou, Di. "Conception and realization of solar cells based on silicon nanostructures". Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10160/document.

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Abstract (sommario):

Dans les cellules solaires planaires silicium, le matériau doit être assez épais pour que l’absorption des photons soit efficace, et dans le même temps, l’accroissement de l’épaisseur augmente les chances de recombinaison des porteurs. Afin d’avoir à la fois absorption et couche mince, des structures radiales (nanopiliers ou nanocones) peuvent être utilisées, qui ont des diamètres inférieurs à la longueur de diffusion des porteurs minoritaires, ce qui garantit une bonne collecte des porteurs. Ce travail présente la réalisation et la caractérisation de cellules solaires silicium bas coût, basées sur des nanostructures (piliers ou cônes). Pour la nanostructuration, l’usage d’un masqueur électronique est évité grâce à l’utilisation de microbilles de silice, déposées par technique Langmuir-Blodget et servant de masque à la gravure sèche des nanostructures. L’électrode face avant est en ZnO, obtenue par technique sol-gel. Avant la fabrication, une simulation des propriétés optiques des nanostructures en fonction de leur forme (densité, hauteur, diamètre,) a été réalisée à l’aide de calculs FDTD (Finite Difference Time Domain). La synthèse des films ZnO par sol gel a été optimisée (concentration des dopants, recuit thermique, hydrogénation, …) afin d’avoir la meilleure transparence optique et la plus faible résistivité. Finalement, des cellules solaires n+- i - p ont été réalisées, assemblant nanostructures et couche ZnO. Des étapes supplémentaires de passivation des défauts de surface et d’interfaces associés aux nanostructures ont été finalement menées
For planar p-n junction solar cell, the material must be thick enough to have enough absorption, whereas increasing the thickness leads to the increase of recombination of carriers. In order to decouple the requirement of light absorption and carrier collection, nanopillars (or nanocones) radial p-n junction are introduced. Nanopillars (or nanocones) have greater absorption and radial geometry offers minimal recombination if the diameter of nanopillars ( or nanocones ) is smaller than the minority carrier diffusion length. This work presents the realization and characterization of low-cost Si nanostructures (nanopillars and nanocones) solar cell with sol-gel derived ZnO transparent electrodes. In order to decrease the fabrication price, silica balls and Lamguir-Blodgett techniques are used as the substitutes of photoresist and electrical beam lithography, respectively. Besides, ZnO thin film transparent electrodes are synthesized by low-cost sol-gel methods For pursuiting high efficiency, first of all, we have tested the absorption of nanopillars and nanocones by varying their periods, diameters, lengths and sidewalls. Second, we have optimized the electrical properties of ZnO thin film by changing the synthesis parameters, such as doping concentration, baking temperature, anneal temperature and hydrogen treatment. In the end, solar cells were fabricated based on optimized Si nanostructures and optimized ZnO thin films. Due to their bad electrical properties associated with surface defects, surface passivation methods were performed to reduce the defects concentration in p-i-n junction and improve the efficiency of solar cells

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Atteia, François. "Développement d'un procédé de texturation de surface du silicium et intégration sur des cellules photovoltaïques et photodétecteurs". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0158.

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Abstract (sommario):

Le piégeage de la lumière est un phénomène initialement observé dans la nature. Avec l’apparition de nouvelles technologies de réalisation à l’échelle nanométrique, il connaît aujourd’hui une forte évolution. Cette capacité à absorber la lumière est devenue essentielle pour un nombre croissant d’applications en particulier le photovoltaïque. Une de ces méthodes est la fabrication de nanostructures en surface du matériau. L’objectif principal de cette thèse est de développer un procédé de modification de la surface du silicium (appelé « Black Silicon ») à température ambiante par gravure plasma qui sera intégré sur une cellule photovoltaïque. Pour atteindre ce but, le travail de thèse s’est déroulé en trois étapes autour de la réalisation de Black Silicon (BS) absorbant plus de 99% de la lumière sur de larges surfaces, puis sur la conception et la fabrication d’une cellule photovoltaïque (PV) sans BS (avec un rendement de 13%), avant d’aborder la dernière étape qui concerne l’intégration et la passivation électrique du BS sur ces cellules PV. En conclusion, la nanostructuration de surface du Silicium, par le procédé que nous avons développé et la preuve de concept réalisée sur des cellules photovoltaïque à contacts arrières interdigités, offrent de nombreuses perspectives dans le domaine de la captation et de la conversion de l’énergie solaire mais également en imagerie
Light trapping is a phenomenon initially observed in the nature. With the advent of new technologies, it is undergoing a strong evolution today. This ability to absorb light has become essential for a growing number of applications, in particular photovoltaics. One of these methods is the fabrication of nanostructures on the material surface.The main objective of this PhD is to develop a process for modifying the surface of silicon (called Black Silicon) at room temperature by plasma etching which will be integrated onto a photovoltaic cell surface. To achieve this goal, the thesis work took place in three stages around the realization of Black Silicon (BS) absorbing more than 99% of light on large surfaces, then on the design and manufacturing of a photovoltaic cell (with a yield of 13%), the last step concerns the passivation of the BSIn conclusion, the surface nanostructuring of Silicon, by the process that we have developed and the proof of concept carried out on photovoltaic cells with interdigitated back contacts, offer numerous perspectives in the field of energy harvesting and solar conversion but also in imaging

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Idir, Anis. "Procédé thermochimique de production/stockage de froid pour le refroidissement et la valorisation de chaleur basse température de panneaux photovoltaïques". Thesis, Perpignan, 2022. http://www.theses.fr/2022PERP0016.

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Abstract (sommario):

La technologie photovoltaïque (PV) est l’une des techniques de production d’électricité renouvelable la plus utilisée. La conversion photoélectrique génère cependant dans les cellules solaires une importante quantité de chaleur, entrainant une significative hausse de leur température de fonctionnement qui impacte fortement le rendement de conversion. Lorsque les panneaux opèrent dans des zones à fort ensoleillement et des conditions climatiques arides, les températures de fonctionnement atteignent des températures de 80°C à 100°C impactant également leur durabilité. Ainsi l’objectif des travaux de thèse réalisés repose sur l’amélioration de la conversion énergétique solaire par, d’une part, une limitation la hausse de température de fonctionnement des modules PV par un refroidissement actif pour en accroitre leurs performances électriques et d’autre par la valorisation en froid de l’énergie thermique générée par un procédé thermique à sorption de gaz. Le but visé est de démontrer la faisabilité technique d’un tel couplage et d’en évaluer la pertinence énergétique. Ainsi, un procédé à sorption de gaz exploitant une solution saturée, permettant d’exploiter la chaleur basse température générée des panneaux PV et la valoriser en froid a été défini, conçu, expérimenté et analysé. Un modèle numérique de ce couplage a été développé et a permis d’évaluer les performances électriques d’une centrale solaire et frigorifique du procédé à sorption couplé thermiquement, dans des conditions réalistes de fonctionnement. Un tel couplage qui permet ainsi une cogénération électricité/froid, montre ainsi qu’il est possible d’améliorer de 10.5 % le gain énergétique global en comparaison de celui de panneaux PV standard, tout en entrainant une faible perte exergétique globale de 1.3 % lié à la conversion supplémentaire de la chaleur en froid
Photovoltaic technology (PV) is one of the most widely used renewable electricity generation techniques. However, the photoelectric conversion process generates a large amount of heat in the solar cells, causing a significant increase in their operating temperature, which has a significant impact on the conversion efficiency. When the panels operate in areas with high solar irradiation and arid climatic conditions, the operating temperatures can reach 80°C to 100°C, which also impacts their durability. Thus, the objective of this thesis work is to improve the global solar energy conversion by limiting the operating temperature increase of PV modules through an active cooling in order to increase their electrical performance and to valorize in cold the thermal energy generated by a gas sorption thermal process. The aim is to demonstrate the technical feasibility of such a coupling and to evaluate its energy relevance. A gas sorption process exploiting a saturated solution, allowing to exploit the low temperature heat extracted from the PV panels and to valorize it in cold has thus been defined, designed, experimented and analyzed. A simulation tool has been developed to evaluate under realistic operating conditions the electrical performance a PV solar power plant and cooling performance of the thermally coupled sorption process. Such a coupling, which allows for electricity/cooling cogeneration, shows that it is possible to improve the overall energy gain by 10.5 % compared to that of standard PV panels, while resulting in a small overall energy loss of 1.3 % due to the additional conversion of heat to cold

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Kintz, Harold. "Réalisation de couches minces nanocomposites par un procédé original couplant la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron : application aux cellules solaires tout silicium de troisième génération". Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00958453.

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Abstract (sommario):

Ce travail porte sur la synthèse de couches minces de nanoparticules de silicium (np-Si) encapsulées dans une matrice diélectrique en vue d'une application en tant que couche active pour les cellules solaires de 3ème génération. La technique utilisée pour la synthèse des np-Si est la pyrolyse laser. Cette technique nous a permis d'obtenir des np-Si cristallines d'environ 5 nm de diamètre avec une distribution en taille étroite. Par ailleurs, l'utilisation de gaz précurseurs spécifiques (PH₃, B₂H₆) dans le mélange réactionnel a rendu possible le dopage (type n ou p) des np-Si. Le dopage effectif des np-Si a pu être mis en évidence par des mesures de résonance paramagnétique électronique (RPE). Des films de np-Si seules ont pu être déposés in-situ via la création d'un jet supersonique de gaz contenant les particules de silicium. Les caractérisations optoélectroniques de ces couches ont montré un effet de confinement quantique fort au sein de films, garantissant ainsi un élargissement important du gap du silicium de 1.12 eV (pour le silicium massif) à environ 2 eV (pour les np-Si) ; prérequis indispensable pour réaliser une cellule tandem tout silicium. Des mesures de résistivité sur ces films ont permis de confirmer l'activité des dopants au sein des np-Si. Pour les np-Si dopées au phosphore une diminution de la résistivité de plus de 5 ordres de grandeurs par rapport au np-Si intrinsèques a été observée. Le couplage entre la pyrolyse laser et la pulvérisation magnétron via notre dispositif original de synthèse s'est révélé parfaitement adapté à l'élaboration de couches minces nanocomposites np-Si/SiO₂. Un comportement de type diode a pu être mis en évidence sur une jonction constituée par la superposition d'une couche nanocomposites (type n) sur un substrat de silicium massif (type p). Au-delà de la simple application au photovoltaïque, le procédé couplé, largement éprouvé et optimisé au cours de ce travail de thèse, pourrait permettre la réalisation d'une multitude de couches nanocomposites différentes, puisque la nature chimique des particules et de la matrice peuvent être choisies indépendamment.

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De, Vecchi Sylvain. "Développement de cellules photovoltaïques à hétérojonction de silicium et contacts interdigités en face arrière". Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0050/document.

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Abstract (sommario):

Cette thèse est axée sur la fabrication et l’optimisation d’une nouvelle structure permettant théoriquement d’améliorer les performances des cellules à base de silicium cristallin. Cette nouvelle architecture de cellule utilise la technologie des hétérojonctions de silicium a-Si:H/ c-Si (Si-HJ) appliquée sur des structures à contacts interdigités en face arrière (IBC). Le potentiel de rendement des cellules IBC Si-HJ est supérieur à 25%, mais leur fabrication nécessite une localisation des couches de a-Si:H de dopage différent et de leurs métallisations. L’intégration de ces étapes dans un procédé simplifié utilisant des techniques industrielles (PECVD, pulvérisation, sérigraphie et laser) a été étudiée. De plus, une structure obtenue sans séparation entre le BSF et l’émetteur est présentée, permettant de réduire le nombre d’étapes de fabrication. Les avantages ainsi que les limites liés à cette architecture simplifiée ont été illustrés du point de vue expérimental et par simulation. Dans le cadre de ces travaux, le rendement maximum atteint sur les dispositifs IBC Si-HJ simplifiés de 25cm² est de 19% (substrats de type n), ce qui constitue le 3e meilleur résultat au niveau mondial. Les performances des cellules restent encore limitées par l’absorption des couches de a-Si:H utilisées pour la passivation de la face avant, et par la conductivité des couches dopées en face arrière. De nombreuses pistes d’amélioration sont explorées dans cette étude. Un procédé de métallisation innovant a également été élaboré pour le passage sur des substrats de grande taille (150cm²). Il permet de limiter les pertes résistives tout en offrant de la flexibilité au niveau de la géométrie des contacts. La mise en module de cellules ayant ce design de métallisation a ensuite été étudiée, et un module de 4 cellules IBC Si-HJ a pu être fabriqué
This thesis studies the fabrication and the optimization of a new structure to enhance the efficiency of crystalline silicon based solar cells. This new cell design uses a-Si:H/c-Si heterojunction (Si-HJ) technology applied on interdigitated back contact structures (IBC). With IBC Si-HJ solar cells, the efficiency potential is theoretically higher than 25%. Their fabrication requires to pattern doped a-Si:H and the associated metallization on the same side. The implementation of those process steps has been carefully studied. All processes used in this study are potentially industrial (PECVD, sputtering, screen-printing, and laser) and the obtained structure without buffer layer between the BSF and the emitter allows to reduce fabrication steps. Issues linked to this design have been investigated. Within the frame of this work, the maximum efficiency reached on reduced size devices (25cm²) with n-type substrate and is 19% which is the 3rd best result worldwide. The cell performances are still limited by the absorption of front surface passivating layer (a-Si:H) and by the low doped layer conductivity. Several optimization ways are explored in this study. An innovative metallization process is then elaborated to allow large area solar cell fabrication while limiting resistive losses and offering more flexibility on metallized pattern. The interconnection and the encapsulation of cells with this metallization design have been illustrated and a module with 4 cells has been fabricated

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Guilbert, Sébastien René Charles. "Les cellules solaires photovoltaiques : optimisation et extension des cellules au silicium amorphe : préparation à l'introduction de nouvelles technologies". Lille 1, 2003. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2003/50376-2003-363.pdf.

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Abstract (sommario):

Parmi les énergies renouvelables, on rencontre l'énergie photovoltai͏̈que. Les cellules solaires sont en général constitués de silicium qui peut être sous la forme amorphe ou cristalline avec la forme amorphe beaucoup moins onéreuse que la forme cristalline. La société Free Energy Europe produit des cellules solaires au silicium amorphe. Dans le procédé de fabrication, le silicium amorphe est directement déposé sur un substrat de verre recouvert de SnO2. A mon arrivée au sein de cette entreprise, il existait un certain nombre de dysfonctionnements dans le procédé de fabrication engendrant 25% de rejets. La mise en évidence et la résolution de tous ces problèmes ont permis de faire descendre ce nombre de rejets en dessous de 5%. Ensuite, le travail de recherche a été mené dans le but d'optimiser les caractéristiques initiales mais aussi stabilisées (suite à l'effet Staebler-Wronski) des cellules solaires.

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Gillot, Jessy. "Synthèse et cristallisation de silicates amorphes poreux dans le ternaire MgO-CaO-SiO2 : application à la transition amorphe-cristal des disques d’accrétion". Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10059/document.

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Abstract (sommario):

La poussière interstellaire peut être considérée comme le précurseur des minéraux qui ont peuplé les disques protoplanétaires. En effet, les étoiles commencent leur histoire par l’effondrement d’un nuage interstellaire composé de gaz et de silicates amorphes riches en magnésium. Dans les premiers temps de la formation stellaire, celui-ci est réarrangé sous forme d’un disque en orbite autour l’étoile et dans lequel la poussière subit d’intenses transformations. Une conséquence majeure est l’apparition d’une transition amorphe-cristal de la poussière. Le disque est alors caractérisé par une zonation minéralogique constituée par une variation d’abondance de deux phases majeures, la forstérite et l’enstatite. Deux mécanismes peuvent rendre compte de leur formation à partir des silicates amorphes qui alimentent le disque : l’évaporation-condensation et la cristallisation solide-solide. Les présents travaux étudient ce dernier mécanisme comme alternatif au premier pour donner des éléments d’interprétation à la zonation minéralogique observée. Dans un premier temps, une méthode de synthèse sol-gel est mise au point afin de produire des silicates amorphes magnésiens et magnéso-calciques analogues aux silicates interstellaires. Dans un second temps, leur cristallisation est étudiée par diffraction des rayons X et microscopie électronique à transmission. Cette cristallisation se fait de manière séquencée et est marquée par une forte germination, conférant une petite taille de grain aux silicates. Les phases les plus riches en alcalino-terreux se forment les premières. Ce comportement se révèle un mécanisme pertinent pour expliquer la zonation minéralogique des disques et certains minéraux contenus dans les objets tels que les poussières interplanétaires, les comètes et les météorites
In the framework of mineral evolution, interstellar dust could be claimed as the oldest ancestor of all minerals which spread on Earth and, further, in all comic objects traveling through the solar system, like comets, meteorites and interplanetary dust particles. History of stars begin with the collapse of an interstellar cloud made of gas and dust. Dust is mainly composed of Mg-rich amorphous silicates. In first stages of star formation, the diffuse mixture of gas and dust is dragged out by stellar winds and radiations to form a accretion disk in orbital motion around the new burning body. Then, processing of dust occurs. One consequence is an impressive amorphous-crystal transition known as the ‘crystalline revolution’. A mineral zoning appears along the disk with the formation of two major Mg-rich crystalline silicates, forsterite and enstatite. Two mechanisms can account for the formation of these two phases from the in-falling amorphous dust : evaporation-condensation and solid crystallization. The present work focuses on the solid state crystallization process in order to give support for the interpretation of the mineralogical zoning. First, a sol-gel synthesis is worked out to produce amorphous and porous magnesium and calcium rich silicates as analogs of interstellar dust. Second, their crystallization behavior is studied by x-ray diffraction and by transmission electron microscopy. Main results are an enhanced nucleation and a sequenced crystallization with systematic Mg- or Ca- enriched crystalline phases formed at first. Using a material science frame, the results are discussed in the context of the mineralogical zoning in disks and the occurrence of crystalline silicates in extraterrestrial objects such as interplanetary dust particles, comets and meteorites

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Wilmet, Maxence. "Élaboration de revêtements transparents à base de clusters de métaux de transition pour le blocage des rayonnements proche-infrarouge". Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S108/document.

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Abstract (sommario):

L'antagonisme entre les besoins croissants d'énergie au niveau mondial et l'obligation de ralentir le réchauffement climatique fait partie des défis auquel l'humanité fait face. Dans le but d'assurer un confort thermique suffisant, les domaines de l'habitat, de l'automobile ou encore des bâtiments agricoles consomment de grandes quantités d'énergie. Pour réduire ces besoins, une des solutions proposées vise à améliorer l'isolation thermique de ces bâtiments grâce à l'utilisation de matériaux innovants. Un des objectifs majeurs est d'améliorer l'isolation des fenêtres qui représentent une partie importante des pertes énergétiques. Les recherches décrites dans cette thèse ont permis de développer des matériaux transparents aux rayonnements solaires visibles tout en étant des boucliers efficaces contre les rayonnements ultra-violets et proche-infrarouges. De tels matériaux sont le fruit de la combinaison entre des motifs à clusters de métaux de transition présentant des propriétés d'absorption recherchées et une matrice hôte permettant la mise en forme de ces matériaux (processabilité). La synthèse, ainsi que la méthodologie de modulation des propriétés d'absorption et d'intégration des clusters dans différentes matrices de type sol-gel ou polymères sont présentées. Un intérêt tout particulier est porté sur les relations qui s'établissent entre la structure des motifs à clusters et leurs propriétés d'absorption grâce aux comparaisons faites entre des études expérimentales et des études de chimie quantique utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). In fine, l'augmentation du niveau de compréhension des relations structures-propriétés d'absorption des motifs à clusters étudiés permettra d'envisager l'étude de nouvelles compositions pour des matériaux encore plus efficaces à l'avenir pour le contrôle solaire
The antagonism between growing global energy needs and the obligation to slow the global warming is one of the challenges humanity faces. In order to ensure sufficient thermal comfort, the housing, automotive or agricultural buildings sectors are major energy consumers. To reduce these needs, one of the proposed solutions aims to improve the thermal insulation of these buildings through the use of innovative materials. One of the major objectives is to improve the insulation of the windows which represent a significant part of the energy losses. The research described in this thesis has made it possible to develop transparent materials for visible solar radiation while being effective shields against ultraviolet and near-infrared radiation. Such materials are the result of the combination between transition metal cluster patterns having desired absorption properties and a host matrix for shaping these materials (processability). The syntheses as well as the methodology for modulating the absorption and integration properties of clusters in different sol-gel or polymer matrices are presented. Of particular interest is the relationship between the structure of cluster pattern and their absorption properties through comparisons between experimental studies and quantum chemistry studies using density functional theory (DFT). In fine, the increase in the level of understanding of the structure-absorption properties of the clusters studied will make it possible to consider the study of new compositions for even more efficient materials in the future for solar control

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Mollicone, Jessica. "Fonctionnalisation de supports de SiC par imprégnation de sols et-ou de suspensions en vue d'améliorer les rendements de conversion d'échangeurs solaires". Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30285/document.

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Abstract (sommario):

Face à la nécessité de trouver de nouvelles sources d'énergie, on assiste au développement des centrales solaires thermiques à concentration et plus particulièrement à tour. L'air est utilisé comme fluide caloporteur circulant dans un récepteur sur lequel sont concentrés les rayons solaires. L'absorbeur, situé dans le récepteur, est l'élément clé de ces dispositifs ; il doit absorber le rayonnement solaire tout en ayant une faible émissivité infrarouge pour limiter les pertes par rayonnement thermique observées. Le projet OPTISOL, dans lequel s'inscrivent ces travaux de thèse, a pour objectif d'optimiser les propriétés thermo-optiques d'un absorbeur volumique. Pour cela, une mousse en carbure de silicium a été choisie en tant que support mécanique de l'absorbeur, pour sa bonne tenue aux hautes températures, et pour sa capacité à absorber fortement le rayonnement solaire. Plusieurs laboratoires ont travaillé sur ce projet et le rôle du CIRIMAT fut, dans un premier temps, de caractériser ces mousses de carbure de silicium, par des techniques conventionnelles mais aussi par des techniques moins usuelles telles que la microtomographie X. Dans un second temps, les mousses de carbure de silicium ont été fonctionnalisées par un oxyde sélectif, YBaCuO, dans le but d'optimiser la sélectivité spectrale du système global. Pour cela, les techniques en voie liquide (sol-gel, suspensions, ...) ont été choisies et un procédé de fonctionnalisation a été développé, permettant de revêtir des substrats plans (pastille) et volumiques (mousse poreuse). La sélectivité spectrale du carbure de silicium ainsi fonctionnalisé a été étudiée par spectrométrie infrarouge-visible et les résultats obtenus sont prometteurs puisque une diminution de l'émissivité infrarouge a été observée tout en conservant une forte absorptivité du rayonnement solaire
The necessity of finding new energy sources leads to the development of concentrated solar thermal power plants and more particularly the one using towers. Air is used as a heat transfer fluid flowing in a receiver heated by concentrated sunlight. The absorber, located in the receiver, is the key element of these devices; it must both absorb solar radiation and have a low infrared emissivity to limit thermal radiation losses. This work is part of the OPTISOL project, which aim is to optimize the thermo-optical properties of a volumetric absorber. For this purpose, a silicon carbide foam was selected as the mechanical support of the absorber for its good resistance to high temperatures and for its ability to be efficient to absorb sunlight. Several laboratories have worked on this project and the role of CIRIMAT was, at first, to characterize these silicon carbide foams using conventional and less conventional techniques such as X microtomography. Secondly, silicon carbide foams have been functionalized by a selective oxide, YBaCuO, in order to optimize the spectral selectivity of the system. For this, liquid routes such as sol-gel or suspension techniques have been selected and a functionalization process was implemented for coating planar (pellet) and volumetric (porous foam) substrates. The spectral selectivity of the functionalized silicon carbide was studied by infrared-visible spectrometry and the results are promising since a decrease in the infrared emissivity was observed while maintaining a high absorptivity of solar radiation

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Merigeon, Julien. "Etude des verres d’encapsulation pour cellules solaires photovoltaïques en silicium monocristallin". Thesis, Angers, 2015. http://www.theses.fr/2015ANGE0083.

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Abstract (sommario):

La thèse porte sur l’étude des verres d’encapsulation pour des cellules solaires en silicium monocristallin. Deux pistes ont été explorées pour réduire les pertes d’efficacité dues à l’encapsulation : la réduction de la réflexion de verres à base de silice avec des couches antireflets ainsi que l’utilisation de verres fluorés dopés terres rares à conversion de fréquence. Dans le premier cas, des couches antireflets ont été déposées sur des verres à base de silice par la méthode sol-gel. Les caractérisations optiques des verres ont été réalisées par spectrophotométrie et ellipsométrie et l’influence des différents verres sur les caractéristiques densité de courant-tension (J-V) ont été testées sous simulateur solaire dans des conditions standards (AM1.5 et 100 mW/cm2) pour une ou plusieurs cellules de référence. Une autre piste explorée a été celle des verres fluorés dopés terres rares ayant des propriétés de conversion de fréquence (conversion de photons non absorbés vers une énergie proche du gap optique du silicium). Des matrices fluorées de type ZBLA et ZLAG dopées terres rares (Pr3+, Tm3+, Yb3+) ont été utilisées. L’influence du dopage sur les performances électriques des cellules encapsulées a été étudiée en corrélation avec les propriétés physiques et optiques (transfert d’énergie, photoluminescence, transmittance) des verres. Le bénéfice de la conversion de fréquence a pour la première fois été montrée sur les caractéristiques J-V pour des échantillons co-dopés Pr3+-Yb3+. De plus, les caractéristiques des cellules de référence en utilisant ces nouveaux verres d’encapsulation ont été comparées à celles des verres utilisés habituellement dans l’industrie
The thesis studies the encapsulation glass for monocrystalline silicon solar cells. Two ways were explored to reduce the efficiency loss due to encapsulation: reducing reflection losses of silica based glasses with antireflection layers and the use of rareearth- doped fluoride glass for frequency conversion. On the one hand, antireflection layers have been deposited on the silica glass by sol-gel method. The optical characterizations were carried out by spectrophotometry and ellipsometry and the influence of different encapsulation glasses on the current density-voltage characteristics (J-V) were measured under solar simulator irradiation in standard conditions (AM1.5 and 100 mW/cm2) for various reference cells. On the other hand, the rare-earth-doped fluoride glasses which they can convert frequencies in order to change the energy of photons to energies adapted to the optical gap of the silicon has been investigated. The glasses used are fluorinated matrix ZLAG and ZBLA doped with rareearth elements (Pr3+, Tm3+, Yb3+). The effect of doping on the electrical performance of encapsulated cells was studied correlated with physical and optical properties of glasses (energy transfer, luminescence, transmittance). Frequency conversion was demonstrated by luminescence for all of the rare-earth-doped samples. Then the most promising results for encapsulating was found for codoped Yb3+-Pr3+ ZBLA glass. The benefit of the frequency conversion was shown for the first time in J-V characteristics. Then, characteristics of the reference cells with these new encapsulating glasses were compared to those from glasses commonly used in the photovoltaic modules industry

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Tesi sul tema "Procédé de pasteurisation solaire"

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