Rozprawy doktorskie: „Procédés solaires”

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Belghith, Mohamed. "Elaboration d'absorbeurs sélectifs solaires : optimisation de procédés et caractérisation des matériaux". Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30189.

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Streszczenie:

Elaboration et optimisation des procedes de fabrication de revetements de type selectif pour capteurs solaires thermiques, plan ou sous vide, pouvant s'appliquer a differentes natures de substrats, aluminium, cuivre et acier inoxydable. Recherche et elaboration de materiaux presentant des proprietes de transport specifiques de type optiques et physico-chimiques, caracterisation structurales et microstructurales, prise en compte des problemes d'environnement, conception et realisation d'une installation polyvalente de traitement de surfaces pour les trois types de substrats

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2

Calvet, Nicolas. "Stockages thermiques performants et durables pour procédés solaires : des basses aux hautes températures". Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP0002.

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3

Dejean, Guilhem. "Valorisation de laitiers sidérurgiques comme matériaux de stockage thermique pour procédés énergétiques durables : application au CSP et au CAES". Perpignan, 2014. http://www.theses.fr/2014PERP1252.

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4

Elorza-Ricart, Enrique. "Génie des procédés thermochimiques solaires : application à la dissociation therlique, suivie de trempe, de l'oxyde de zinc". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2002. http://www.theses.fr/2002INPL031N.

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Streszczenie:

Il est possible d'utiliser l'énergie solaire concentrée pour produire du zinc par dissociation theffilique directe de l'oxyde de zinc. La réaction se fait à des températures proches de 2000 K et produit du zinc et de l'oxygène, auxquels on fait subir une trempe afin d'éviter leur réaction de réoxidation. Un des objectifs du travail est de montrer que l'efficacité du procédé est contrôlée par plusieurs facteurs chimiques et physiques (efficacités des transferts de chaleur et matière et hydrodynamique). L'étude du procédé est divisée en deux parties: réacteur à haute température et réacteur de trempe. Pour le réacteur de dissociation, quatre configurations sont expérimentalement comparées. Elles combinent le réactif sous foffile pulvérulente ou massive, irradié directement ou indirectement. L'étude principale est menée sur ZnO massif soumis à un rayonnement direct. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec un modèle écrit en régime transitoire. Ce dernier permet de conclure que la dissociation a lieu près de la surface irradiée et que le régime permanent n'est atteint qu'après plusieurs dizaines de secondes. L'étude expérimentale de réacteurs de trempe tubulaires et annulaires montre que le zinc peut se condenser sur les parois froides de l'échangeur et/ou sous forme de particules (< 10[micro]m) formées en phase gazeuse. Les efficacités de trempe pour ces particules peuvent atteindre 9 %. La réaction de réoxydation est un processus hétérogène qui ne commence que quand la pression de saturation du zinc est atteinte. La modélisation est en bon accord avec l'expérience et permet de prévoir les conditions nécessaires pour produire du zinc avec une pureté supérieure à 90 %. On donne finalement les conditions de fonctionnement d'un procédé continu associant un réacteur haute température et un réacteur de trempe.

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5

Jannot, Yves. "Production d'eau, d'air frais et conservation des produits par des procédés solaires rustiques : possibilités d'application en zone sahélienne". Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1991. http://www.theses.fr/1991INPL076N.

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Nous étudions dans ce rapport les possibilités d'amélioration des conditions de vie en zone sahélienne par utilisation de procédés solaires rustiques à savoir : 1) la production d'eau par captage de l'humidité atmosphérique ; 2) la production d'air frais par refroidissement évaporatif direc t ; 3) la conservation des produits agricoles par utilisation de séchoirs solaires indirects. Cette étude nous conduit à un rejet du premier procédé, pour des raisons de cout et d'encombrement. Elle nous permet par contre de montrer tout l'intérêt présenté par les deux autres en zone sahélienne. Cette conclusion est confirmée par les résultats d'expérimentation d'un ventilo-humidificateur et d'un séchoir solaire indirect à convection naturelle

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Donsanti, Frédérique. "Comparaison de procédés de dépôt de couches minces semiconductrices à partir de précurseurs organométalliques : cas des réacteurs à flux alternes en phase vapeur (ALCVD) et réacteur plasma diode hors équilibre (PACVD)". Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066098.

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Di, Giacomo Laurie. "PACVD/PVD de multicouches sélectives pour la conversion thermodynamique de l'énergie solaire". Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0042.

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Dans les centrales solaires à concentration, le flux solaire est concentré sur des récepteurs pour chauffer un fluide de transfert jusqu’à 600°C. Dans le but d’améliorer leurs propriétés optiques, ces récepteurs peuvent être recouverts par des revêtements multicouches à sélectivité spectrale. Ces travaux portent sur le développement de structures optiquement sélectives innovantes, absorbantes dans le domaine du rayonnement visible et proche infrarouge (faible réflectivité) et peu émissives (forte réflectivité) pour le rayonnement infrarouge. Nous avons développé des empilements multicouches associant un métal réfractaire avec une céramique ce qui permet d’améliorer l’absorption dans le visible ainsi que la stabilité thermique. Les couches sont déposées par plasma combinant la PACVD et la PVD. L’étude de faisabilité du procédé transférable à l’industrie, son développement et son optimisation via la conception d’un réacteur innovant, le dépôt et la caractérisation des couches, leur association dans des empilements optiquement sélectifs performants et l’étude de leur vieillissement ont été réalisés
In concentrated solar power (CSP) plants, solar flux is concentrated on receivers to heat a transfer fluid up to 600°C. In order to improve their optical properties, these receivers can be covered by multilayered spectrally selective coatings. This work is devoted to designing and developing innovative spectrally selective structures showing strong absorption (low reflectivity) in the visible and near infrared range and low emissivity (high reflectivity) in the infrared range. We developed such stacks associating a refractory metal with high IR reflectivity and a ceramic which improves absorption in the visible range and thermal stability. The coatings were synthesized by plasma techniques, combining PACVD and PVD. Pre-industrial process feasibility, its development and optimization through the design of an innovative reactor, layer deposition and characterization, their combination in efficient optically selective stacks and the study of their aging have been achieved

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8

Tsin, Fabien. "Développement d'un procédé sur grande surface d'électrodépôt d'oxyde de zinc comme contact avant transparent et conducteur de cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2". Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066311/document.

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Les cellules solaires en couches minces à base de Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS) représentent une technologie à fort potentiel et aux performances photovoltaïques élevées. La couche finale de l'empilement, appelée couche fenêtre, est principalement composée d'une bi-couche d'oxyde de zinc (ZnO) non dopé et dopé de type n - généralement à l'aluminium - et déposée par un procédé sous vide : la pulvérisation cathodique. Cependant, cette technique demande des investissements importants et un intérêt croissant s'est porté sur le développement de techniques alternatives atmosphériques en vue d'une réduction des coûts. L'objectif de ce travail a été d'étudier la réalisation d'une couche fenêtre fonctionnelle de ZnO par un procédé d'électrodépôt photo-assisté en milieu aqueux sur des substrats de grandes dimensions. Pour y parvenir, différentes études ont été réalisées afin de déterminer les propriétés du ZnO électrodéposé et optimiser le procédé de dépôt. Dans un premier temps, l'influence de la composition de trois solutions électrolytiques sur les propriétés et le dopage du ZnO a été étudiée : le milieu chlorure (Cl-), le milieu perchlorate (ClO4-) et un milieu mixte à base de perchlorate et d’acide borique (H3BO3). Dans un second temps, la synthèse électrochimique du ZnO comme couche fenêtre a été réalisée sur des substrats de CIGS/CdS. Son étude a permis de montrer que la réalisation in situ d'une couche d'accroche facilite la croissance d'une couche finale dense et compacte. Cette méthode de synthèse en deux étapes a conduit à l'obtention de performances photovoltaïques élevées sur grandes surfaces avec des rendements allant jusqu'à 14,3 % pour une cellule solaire entièrement réalisée par des procédés atmosphériques
Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS) thin films based solar cells are a promising technology for high efficiency energy conversion. A window layer completes the stack of the cell. It is commonly constituted by an intrinsic and aluminum doped bi-layer of zinc oxide (ZnO) deposited by magnetron sputtering, an expensive vacuum process. Alternative processes, using low cost and atmospheric techniques, have been developed in order to reduce the costs. The aim of this work was to achieve a functional window layer of ZnO by a photo-assisted electrodeposition process on large scale substrates of CIGS/CdS in aqueous medium and replace the sputtered one. For this purpose, several studies have been carried out in order to determine the optoelectronic properties such as doping level and mobilities of the electrodeposited ZnO and optimize the deposition process. Firstly, the effect of three different electrolytes on the zinc oxide properties and doping has been studied on metallic substrate: chloride medium (Cl-), perchlorate medium (ClO4-) and a mixed medium of perchlorate with boric acid (H3BO3). Then, electrochemical synthesis of zinc oxide as window layer has been performed on CIGS/ CdS substrates. This study allowed to establish the need to synthesize an in situ seed layer which promotes the growth and the compactness of the final layer of zinc oxide. This two-step method has led to the achievement of high photovoltaic performances on large scale with promising efficiencies up to 14.3 % for a solar cell made entirely by atmospheric processes

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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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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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Kallel, Sami. "Elaboration et caractérisation de couches minces de silicium poly cristallin déposées par RT-LPCVD et dopées in situ au phosphore : application à la réalisation de cellules solaires par procédés thermiques rapides". Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0054.

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La première partie de ce travail porte sur 1 'étude de couches minces de silicium déposées par RT-LPCVD et dopées in situ au phosphore dans un réacteur à lampes halogène et à parois froides à partir du silane (SiH4) utilisé comme gaz précurseur et la phosphine (PH3) comme source dopante. Nous avons étudié ces couches dans une gamme de températures allant de 600°C à 850°C (pour une pression de 2mbar) et nous avons mis en évidence 1 'effet de la phosphine sur la cinétique de dépôt ainsi que sur ses propriétés physiques (taille des grains, texture, contraintes résiduelles, résistivité). Nous avons aussi montré que les traitements thermiques rapides ultérieurs (RTA) favorisent une augmentation de la taille des grains, une relaxation des contraintes et une amélioration de la résistivité. Dans la deuxième partie du travail, nous avons appliqué les procédés thermiques rapides pour la réalisation de cellules solaires à faible budget thermique. Pour cela nous avons étudié et optimisé chaque étape nécessaire pour la réalisation d'un tel dispositif:-1. L'émetteur (N+) obtenu par le dépôt RT-LPCVD dopé in situ à partir de (SiH4/PH3),-2. L'oxyde de passivation obtenu par oxydation thermique rapide (RTO),-3. La couche antireflet (Si3N4) déposée par RT-LPCVD à partir du silane et de l'ammoniac (NH3),-4. Les contacts métalliques déposés par évaporation. Les premiers résultats obtenus indiquent un rendement de conversion de 10,5% pour un courant de court-circuit de 33,5mA/cm2 et une tension de circuit ouvert égale à 527mV
The first part of this work consists on the study of silicon thin layer deposited by RT-LPCVD and doped in situ to the phosphorus in a reactor to halogens lamps and to cold-wall, from silane (SiH4) used as precursory gas and the phosphine (PH3) as doping source. We have studied these layers in a range of temperatures going from 600°C to 850°C (for a pressure of 2mbar) and we have put in obviousness the effect of the phosphine on the kinetic of deposit as well as on its physical properties (grain size, texture, residual stresses, resistivity). We have also shown that ulterior rapid thermal processing (RTA) favor an increase of the grain size, a relaxation of stresses and an improvement of the resistivity. In the second part of the work, we have applied rapid thermal processes for the realization of solar cells to weak thermal budget. In order that, we have studied and optimized each necessary stage for the realization of a such device : -1. The emitter (N+) obtained by the deposit RT-LPCVD doped in situ from (SiH4/PH3),-2. The passivation oxide obtained by rapid thermal oxidation (RTO),-3. The antireflet layer (Si3N4) deposited by RT-LPCVD from silane and the ammonia (NH3),-4. Metallic contacts deposited by evaporation. The first results obtained indicate an energy conversion of 1 0. 5%, a shortcircuit current density around 33. 5mA/cm2 and open-circuit voltage equal to 527mV

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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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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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Maragno, Angela. "Photo-electrochemical cells for green H2 production : a contribution to scaling up studies". Electronic Thesis or Diss., Lyon 1, 2024. http://www.theses.fr/2024LYO10038.

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Mon projet de thèse porte sur l'étude comparative de deux concepts de générateurs de carburant solaire : une cellule PEC basée sur une photoanode de vanadate de bismuth (BiVO4), et une cellule intégrée (IPEC) combinant une cellule solaire à un cellule d’électrolyse. Les deux dispositifs réalisent le processus de photosynthèse artificielle consistant à capturer l'énergie solaire et à la stocker dans les liaisons chimiques. L’objectif de mes travaux est d'identifier les verrous au déploiement à grande échelle de ces dispositifs photo-électrochimiques et de proposer des solutions pour les lever. Deux questions scientifiques sont en particulier au cœur de mes travaux de recherche: 1. Quel est l’impact des hétérogénéités, inhérentes aux procédés d’élaboration à grande échelle des matériaux photo-actifs, sur leurs performances ? 2. Quel rôle peut jouer l’intégration dans la transposition, à l’échelle pilote, des performances obtenues en laboratoire ? Pour répondre à la 1ère question j’ai mis en place une étude paramétrique expérimentale sur des photo-anodes à base de BiVO4, un matériau modèle pour la photosynthèse artificielle. En parallèle, afin de répondre à la 2ème question, j’ai réalisé et testé une cellule IPEC : la combinaison d'une cellule solaire tandem PK/Si et d'un électrolyseur à membrane échangeuse de protons. Dans une deuxième étape, cette démarche a été poursuivie par la conception d’un module monolithique original, intégrant 9 cellules IPEC. La réalisation de 5 de ces modules a permis l’assemblage du démonstrateur EASI Fuel (European Autonomous Solar Integrated fuel station) pour la conversion continue d’hydrogène (produit sous ensoleillement par les IPEC) et du CO2, en CH4 au sein d’un bioréacteur de méthanation. Grace à ce couplage innovant, le prototype EASI Fuel a été sélectionné et testé avec succès pendant 72h en continu et en totale autonomie, lors de la finale du concours Horizon Prize - Fuel from the Sun: Artificial Photosynthesis, qui s'est déroulée à la fin du 2ème année de thèse
This PhD project focuses on the comparative study of two types of solar fuel generators: a PEC cell based on a bismuth vanadate (BiVO4) photoanode, and an integrated photoelectrochemical (IPEC) cell combining a solar cell with an electrolyser. Both devices achieve the artificial photosynthesis process of capturing solar energy and storing it in chemical bonds. The goal of the work is to identify the limiting parameters that hinder the large-scale deployment of these photoelectrochemical devices and to propose solutions in order to facilitate research in this field. Two specific scientific questions are at the heart of this research: 1. What is the impact of heterogeneities, inherent to large-scale preparation processes, on the performance of photoactive materials? 2. What role can integration play in transferring performance from the laboratory to the pilot scale? To answer the first question, an experimental parametric study was undertaken on BiVO4 photoanodes, considered as photoactive semiconductors representative for artificial photosynthesis. In parallel, in order to answer to the second question, an IPEC cell, the combination of a PK/Si tandem solar cell with a proton exchange membrane electrolyser, was realized, tested and optimized. In a second phase, this approach was followed by the design of a monolithic module, integrating 9 IPEC cells. The realization of 5 of these modules enabled the assembly of the EASI Fuel device (European Autonomous Solar Integrated fuel station) for the continuous conversion of H2 (produced under sunlight by the IPEC cells) and CO2 into CH4 within a methanogenesis Archaea-based bioreactor. Thanks to this innovative coupling, the EASI Fuel device was selected and successfully tested for 72 hours of continuous operation in total autonomy, during the final of the Horizon Prize - Fuel from the Sun: Artificial Photosynthesis competition, which took place at the end of the 2nd year of the thesis

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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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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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Delaleux, Fabien. "Intensification des performances des procédés énergétiques par hybridation solaire/géothermie". Perpignan, 2011. http://www.theses.fr/2011PERP1086.

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Le fil conducteur de ce manuscrit est donc d’imaginer les procédés combinant énergie solaire et géothermie afin d’en améliorer leurs performances respectives. Couplage pouvant s’effectuer des systèmes solaires non concentrés aux systèmes solaires concentrés avec une phase d’intensification des performances des sondes géothermiques verticales pour passer d’un niveau à l’autre. Le premier chapitre concerne le couplage entre la géothermie et l’énergie solaire non concentrée. Le but de ce chapitre est d’étudier la possibilité de stocker de l’énergie thermique produite par un champ de capteurs solaires plans dans le sous-sol, par l’intermédiaire de sondes géothermiques. Le deuxième chapitre se consacre à l’intensification des transferts thermiques en géothermie basse température. Des essais de dopage de la bentonite par adjonction de différents graphites seront testés et comparés. Le troisième et dernier chapitre de ce manuscrit s’intitule couplage solaire concentré et géothermie. Cette partie s’inscrit dans le contexte des centrales solaires thermodynamiques qui doivent résoudre la double problématique concernant leur rendement global qui peut être amélioré, et une consommation en eau importante pour leur refroidissement
The theme of the manuscript is to imagine processes combining solar and geothermal energies to improve their respective performances. Hybridization can be made from the not concentrated solar systems to the concentrated solar systems with a phase of intensification of the performances of vertical boreholes heat exchangers to move from a level to another. The first chapter deals with the coupling between geothermal and not concentrated solar energy. The aim of this part is to study the possibility of storing thermal energy produced by a solar field in the basement through borehole heat exchangers. The second part focuses on the intensification of heat transfer in low temperature geothermal energy. Different doping tests of bentonite are tested and compared. The third and last chapter is entitled coupling of geothermal and concentrated solar energy. This part joins in the context of solar thermodynamics power plants which have to resolve the double problem concerning their overall efficiency which can be improved and an important water consumption for their cooling

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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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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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Rambaud, Guillaume. "Problématique des transferts en milieu poreux réactif déformable pour procédés de rafraîchissement solaire". Perpignan, 2009. http://www.theses.fr/2009PERP0934.

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Les procédés solaires de production de froid basés sur la sorption ou réaction solide/gaz sont une alternative écologique à la demande croissante du rafraîchissement. Avec le couple solide/gaz SrBr2,1-6H2O/H2O les pressions de travail sont faibles (30 mbar). Une analyse approfondie des transferts de masse, couplés aux transferts de chaleur, dans de tels milieux réactifs est donc nécessaire. De plus l’évolution des grains de sel au cours des réactions modifie la texture poreuse et rend ces caractérisations difficiles. Pour cela, un banc de caractérisation a été réalisé pour déterminer aux bornes des réactions de synthèse et de décomposition ces paramètres de transferts. Il permet également de suivre la cinétique globale de réaction et la déformation sous une contrainte mécanique constante et/ou à volume variable. En parallèle de ces caractérisations, une modélisation de la réaction solide/gaz a permis d’estimer les performances énergétiques d’un réacteur thermochimique pour une application de rafraîchissement solaire
Thermochemical heat transformers can be used for solar air-conditioning for individual dwelling. For safety and environmental reasons, solid gas reactions involving water are very interesting, but the working pressure is rather low (30 mbar) and could lead to a strong mass transfer limitation through the porous reactive bed. Therefore, heat and mass transfers have to be carefully characterized in such reactive bed at low pressure. Besides, the swelling and shrinking of the reactive salt modify the porous media matrix. The whole set of transfer coefficients were identified on the same sample in a single characterisation apparatus at the end of syntheses and decompositions. During these reactions, the overall kinetics and the swelling/shrinking porous media were measured. The modelling of the solid/gas reaction allowed us to estimate the cooling power and heating power of a thermochemical heat transformer

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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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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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Schirr-Bonnans, Martin. "Fonctionnalisation de surfaces et d'interfaces dans les cellules solaires organiques imprimées". Limoges, 2014. http://www.theses.fr/2014LIMO4005.

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Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'entreprise DISASOLAR et l'Université de Limoges pour développer un savoir-faire dans l'impression de cellules photovoltaïques organiques sur substrats plastiques. Les cellules organiques à l'architecture classique présentent certaines limitations en termes de durée de vie. Elles sont liées à la fois à la structure en elle-même et aux matériaux utilisés, en particulier au PEDOT:PSS. Le premier objectif est de remplacer ce polymère d'interface par des oxydes métalliques tels que les oxydes de Tungstène, de Vanadium ou de Molybdène. Ils sont d'abord testés en cellule par évaporation pour être ensuite intégrés via un dépôt par voie liquide (sol-gel ou dispersion de nanoparticules) pour préparer leur impression. Le second objectif est d'adapter chaque étape du procédé d'élaboration des cellules pour les rendre compatibles avec un substrat plastique. Pour améliorer la robustesse du procédé et la stabilité des cellules, nous introduisons la structure inversée. Cependant, les cellules sur plastique conservent des performances plus faibles que leur équivalent sur verre. Pour palier cela, nous portons notre regard vers l'intégration de couches dipolaires dans le but d'améliorer les transferts de charges entre les différents matériaux. En choisissant judicieusement le sens et l'intensité du moment dipolaire d'une molécule greffée, nous améliorons jusqu'à 25 % le rendement de conversion de nos cellules sur plastique
This work is part of a partnership between the company DISASOLAR and the University of Limoges (whose common goal is to develop. . . ) in the development of a know-how in the printing of organic photovoltaic solar cells on plastic substrates. Organic solar cells with a classic structure show certain life-time limitations due to the structure itselfs as well as to the materials used, in particular PEDOT:PSS. Thus, the first goal is to replace this interfacial polymer with metallic oxides like Tungsten, Vanadium or Molybdenum oxides. In order to do so, they are tested in cells by evaporation before being integrated via a liquid coating (sol-gel or nanoparticles dispersion) to prepare for their printing. The second goal is to adapt each step of the production process to make them compatible with a plastic substrate. To improve the reliability of the process and the cell's stability, we introduce the inverted structure. However, the performance of solar cells on plastic subtrates remains weaker than their counterparts on glass substrates. To reduce this difference, we look to the integration of dipolar layer in order to improve the charge transfer between the different materials. By carefully choosing the direction and the intensity of the grafted molecule's dipolar momentum we increase the power conversion efficiency of our solar cells on plastic substrates by up to 25%

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Ratobison, Rémi Marie Hubert Élysé. "Abaques de dimensionnement et analyse technico-économique de systèmes de production d'eau et d'air chauds à chauffage partiellement solaire pour le traitement de la vanille". Besançon, 1996. http://www.theses.fr/1996BESA2010.

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La preparation de la vanille necessitant simultanement de l'eau chaude (pour la mortification) et de l'air chaud (pour le sechage), l'auteur considere trois systemes de production a chauffage partiellement solaire: le premier consiste a produire de l'eau chaude dont une partie sert a chauffer l'air de sechage via un aerotherme ; le second consiste a produire separement de l'eau et de l'air chauds ; le troisieme utilise un insolateur mixte chauffant l'eau et l'air. Des analyses technico-economiques sont effectuees dans les trois cas. Leurs comparaisons montrent que le premier systeme est le plus avantageux. Dans tous les cas, l'auteur determine numeriquement des abaques de dimensionnement et des relations polynomiales les decrivant reliant la surface d'insolateur, la masse de produit a traiter et les economies d'energie realisees

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Risch, Lisa Carina Mareike. "Characterization of Cu2ZnSnSe4 kesterite thin film solar cells : understanding of the fundamental material properties and quality control for process optimization and monitoring". Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4376.

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Cette thèse porte sur la caractérisation des cellules solaires à base de couches minces de kesterite Cu2ZnSnSe4 (CZTSe). Au cours des dernières années, une attention croissante a été portée aux cellules solaires kesterite. En effet, Cu, Sn et Zn étant abondants dans la croûte terrestre, les technologies photovoltaïques à base de couches minces absorbantes de kesterite apparaissent comme un candidat prometteur pour la production à grande échelle et à faible coût de cellules solaires. Cependant, les cellules solaires kesterite souffrent d'un sévère déficit de la tension en circuit ouvert (Voc) par rapport aux autres technologies PV, résultant en un écart de performance significatif avec la technologie cousine à base de chalcopyrite (CIGS). Les meilleurs rendements reportés pour la technologie à base de couches minces CIGS sont 22,6%, alors que les cellules solaires kesterite restent en dessous de 13% de rendement. Comprendre les propriétés fondamentales des matériaux et cellules solaires kesterite et résoudre les difficultés liées à leur fabrication sont des points cruciaux pour améliorer les performances de cette technologie.Dans le cadre de cette thèse, différents mécanismes responsables des faibles valeurs de Voc des cellules kesterite ont été identifiés et caractérisés. Deux facteurs principaux y contribuent de manière significative: la recombinaison non radiative et le bandtailing. Ces phénomènes sont liés à la présence de phases secondaires et de défauts impactant l'hétérojonction p-n. Par conséquent, cette thèse se concentre sur la détection des phases secondaires et des défauts et le rôle de la couche tampon de type n
The present thesis deals with the characterization of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) kesterite thin film solar cells. Over the last years, kesterite based devices have attracted growing attention. As Cu, Sn and Zn are earth-abundant metals, the kesterite compounds are promising candidates as absorber materials for the mass production of low-cost photovoltaic devices. However, kesterite solar cells suffer from a severe open circuit voltage (Voc) deficit in comparison with other PV technologies, resulting in a significant performance gap between thin film kesterite and chalcopyrite (CIGS) based devices. Best reported efficiencies for the related CIGS thin film technology are 22.6% at cell size and 17.9% for a commercial module – very close to the performance of Si solar cells – while kesterite solar cells remain below 13% power conversion efficiency. Understanding the fundamental properties of kesterite materials and devices and solving challenges associated with their fabrication are the key to improve device performances.In the framework of this thesis, different loss mechanisms related to the low Voc values of kesterite solar cells have been identified and characterized. Two major factors are thereby observed to be responsible for the significant Voc deficit: non-radiative recombination and band tailing. These aspects are related to the presence of secondary phases and defects that have a significant impact on the pn-heterojunction. Therefore, this thesis focuses on the detection of secondary phases and defects and the role of the n-type buffer layer

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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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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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Pelletier, David. "Modélisation de la cinétique chimique dans les plasmas inductifs : applications aux procédés". Grenoble INPG, 2006. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01331569.

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L'équilibre chimique (EC), souvent supposé comme première approximation dans la modélisation des procédés plasma thermique, ne permet pas toujours d'expliquer les résultats expérimentaux, notamment à proximité d'une paroi ou d'une surface placée sous le jet plasma. Au cours de ce travail, un outil numérique permettant l'analyse des effets fiés à la cinétique chimique dans les plasmas inductifs (ICP) à pression atmosphérique, a été développé sous FLUEN© et utilisé dans l'étude d'un procédé de purification de silicium par plasma. Les résultats montrent que l'hypothèse de l'EC est valide au sein du plasma, mais pas dans la zone près de l'interface entre le plasma et la cible où un large écart à l'EC a été prédit. Un volet expérimental, composé d'une étude spectroscopique d'une torche ICP et d'une étude globale de la cinétique au travers l'attaque d'une cible graphite par un plasma Ar-02, a été réalisé en parallèle pour donner une première base quant à la validité du modèle numérique
The chemical equilibrium (CE), often used as a first approximation in the modeling of thermal plasma processes, does not always make it possible to explain the experimental results, in particular in the vicinity of a wall or a surface placed under the plasma jet. A numericaf tool allowing the analysis of effects related to chemical kinetics in atmospheric ICP was developed under FLUEN© and applied on a process of silicon purification by plasma. The first results show that the assumption of CE is valid within plasma, but not in the interfacial zone between the plasma and the target where a broad variation with CE was predicted. Ln addition, an experimental validation of the numerical model was carried out by a spectroscopie study of an ICP torch, and general kinetics studies through the attack of a graphite target by an Ar-02 plasma

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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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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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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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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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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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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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Haillot, Didier. "Matériaux composites à hautes performances énergétiques pour l’optimisation des chauffe-eau solaires individuels : du matériau au procédé". Perpignan, 2009. http://www.theses.fr/2009PERP0999.

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Ce travail de thèse s’insère dans un partenariat entre le laboratoire PROMES et la société Saunier Duval, partie prenante du groupe Vaillant, dans le but d’améliorer les performances des chauffe-eau solaires individuels (CESI). Dans le cadre de cette application particulière, le potentiel des matériaux à changement de phase (PCM) est envisagé. Notre démarche a consisté à la fois en l’étude de composites (élaboration et caractérisation) et à l’analyse du procédé afin de réaliser l’insertion optimale du matériau dans le système. Dans un premier temps, après avoir recensé les PCM répondant aux problématiques de notre application, nous avons élaboré et caractérisé des composites associant le graphite naturel expansé (GNE) et de matériaux de stockage à chaleur latente. Dans un second temps, ce travail a pour but de quantifier les performances d’un CESI dont le capteur intègre un des composites précédemment élaborés. Une approche numérique nous permet de simuler le comportement thermique et les rendements d’un tel système sous un climat spécifique et des consommations en eau chaude sanitaire (ECS) données. L’analyse de ces résultats numériques nous permettra de proposer plusieurs perspectives de travail
This thesis takes place in a partnership between the PROMES laboratory and the Saunier Duval industry, part of the Vaillant Group, with the aim of improving the performance of solar domestic hot water (SDHW) system. Potential of phase change materials (PCM) for this particular application is investigated in this study. Our approach has been to associate the study of composites (preparation and characterization) and also the analysis of the process to achieve optimal integration of the material in the system. In the first part we have elaborated and characterized composite based on compressed expanded natural graphite (CENG) and PCM in order to validate the existence of materials having the characteristics necessary for the planned feature. The second part of this work aims to quantify the performance of a SDHW which includes the composite material previously developed. A numerical approach allows us to simulate the thermal behaviour and the efficiency of such a system. Analysis of these numerical results will give rise to several conclusion and prospects

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Bellanger, Pierre. "Etude d'un procédé de recristallisation de plaquettes de silicium fritté pour la réalisation de cellules solaires photovoltaïques". Lyon, INSA, 2010. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2010ISAL0115/these.pdf.

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Aujourd'hui dans le domaine du photovoltaïque, les différentes étapes de fabrication de plaquettes de silicium restent trop chères, principalement en raison d'une forte consommation d'énergie et de matière première. En effet, environ 50 % de silicium est perdu durant l'étape de sciage des lingots et parmi les différentes voies explorées qui permettent d'éviter cette étape, le frittage de poudre de silicium est très prometteur pour la production de plaquettes de grande surface. L'entreprise S'tile située à Poitiers développe un nouveau procédé de fabrication de plaquettes composé de deux étapes : une étape de frittage basée sur la compression de poudre de silicium à haute température et une étape de recristallisation qui est nécessaire pour obtenir une structure cristalline adaptée à la réalisation de cellules photovoltaïque. Dans ce travail de thèse, l'échantillon est recristallisé par ZMR (Zone metting recristallisation) ou par FWR (Full Wafer Recristallisation). Dans un premier temps, une caractérisation structurale et chimique du matériau est réalisée. Les caractérisation électriques du matériau sont alors mesurées et la mobilité atteint des valeurs de 150 et 250 cm². V⁻¹. S⁻¹ respectivement sur les échantillons recristallisés par FWR et par ZMR. Le dopage de type p est compris entre 5*10¹⁶ et 3*10¹⁷ at/cm ³. La durée de vie atteint des valeurs de l'ordre de la microseconde. Après fabrication de cellules, un rendement de 8,9 % est obtenu en utilisant un procédé simplifié sans texturation. D'autres caractérisations comme la réponse spectrale, la thermographie infrarouge et la mesure de Suns-Voc sont aussi réalisées
Today in the field of photovoltaics the various stages of manufacture of silicon waters are prohibitively expensive, mainly due to high consumption of energy and raw materials. Approximately 50% of the silicon is lest du ring the step of sawing the ingots and among different technologies explored that avoid this step the sintering of silicon powder is highly promising for producing large-area wafers. The company S'TlLE, located in Poitiers, is developing a new two-stage wafer fabrication process comprising a sintering stage based on the compression of silicon powder, and a high temperature recrystallization stage which is necessary to obtain a crystal structure suited to the production of photovoltaic cells. In this thesis, the sample is recrystallized by ZMR (zone melting recrystallization) or FWR (full wafer recrystallization). Initially, a structural and chemical characterization of the material is made. The electrical characteristics of the material are then measured, and the mobility reaches values of 150 and 250 250 cm². V⁻¹. S⁻¹ respectively on samples recrystallized by FWR and ZMR. The p-type doping is 5 * 3 * 10¹⁶ and 10 3*10¹⁷ at/cm ³. The lifetime reaches values of about one microsecond. After the fabrication of cells, an efficiency of 8. 9% is obtained using a simplified process without texturing. Other analyses such as spectral response, thermal imaging and measurement of Suns-Voc are also carried out

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De, la Torre Jérémie. "Calculs de sensibilités par méthode de Monte-Carlo, pour la conception de procédés à énergie solaire concentrée". Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0139/document.

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Dans le contexte énergétique mondial de raréfaction des ressources fossiles, et de réduction des émissions de gaz à effet de serre, l’agence internationale de l’énergie prévoit que la filière solaire thermodynamique fournisse en 2050 plus de 10% de l’électricité mondiale. De gros efforts de recherche sont nécessaires pour atteindre cet objectif. Les axes de développement actuels des technologies solaires à concentration portent, entre autres, sur les systèmes optiques composés de multiples miroirs (champs d’héliostats, concentrateurs linéaires de Fresnel, Beam-Down), sur les récepteurs solaires volumétriques (récepteurs à air, lits fluidisés) et sur les réacteurs (chimie à haute température, photobioréacteurs, dessalement par voie thermodynamique). Le transfert d’énergie par rayonnement est un des phénomènes prépondérants dans les systèmes optiques concentrateurs et dans les récepteurs solaires volumétriques. Les laboratoires Rapsodee et Laplace ont développé en quelques années d’étroite collaboration un savoir faire méthodologique sur la modélisation des transferts radiatifs et le calcul de sensibilité par la Méthode de Monte- Carlo et ils ont accumulé une expérience pratique, issue de la synthèse d’image, en programmation scientifique en interaction avec des chercheurs en informatique. Nous montrons dans ce manuscrit dans quelle mesure l’association de ces compétences théoriques et pratiques permet de répondre à certains besoins de la communauté du solaire à concentration et nous donnons des éléments de réponses ou des pistes à explorer en vue de surmonter les difficultés restantes que nous avons rencontrées
The decrease of the fossil energy resources and the reduction of the emissions of greenhouse effect gas are major environmental issues. In this global situation, the International Energy Agency expects that solar power will provide more than 10% of the world electricity in 2050. Significant research efforts are needed to achieve this goal. Radiative transfer is one of the main physical phenomena in solar optical concentrators and in volumetric solar receivers. In few years of closely work, the laboratories Rapsodee and Laplace developed a methodological know-how in using Monte-Carlo methods for the modeling of radiative transfer and the sensitivity computations. They have also accumulated some experience in scientific programming and algorithms optimisation. We show in this dissertation how the combination of these physicists theoretical and practical skills can meet certain needs of the community of solar concentration. We give some answers or clues to be explored to get through the remaining difficulties we encountered

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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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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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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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Benzaama, Mohammed Hichem. "Etude du confort thermique dans l'habitat par des procédés géo-héliothermiques". Thesis, Reims, 2017. http://www.theses.fr/2017REIMS025/document.

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Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche des solutions d’économie d'énergie du bâtiment tout en utilisant des sources naturelles et renouvelables (Energie solaire pour le chauffage et la géothermie pour le rafraîchissement). Il est nul besoin de rappeler que l'Algérie dispose d'un potentiel énergétique hélio géothermique important. Dans ce travail de thèse on s'intéresse particulièrement à l'étude du confort thermique (hiver et été) dans l'habitat alimenté par un plancher hydraulique réversible. Pour mener à bien cette étude, nous disposons d'un gisement solaire important d'une part et d'autre part d'un dispositif expérimental à échelle réelle. Une pièce munie d'un plancher hydraulique réversible (chauffant ou rafraichissant) est instrumentée. Une citerne de stockage enfuie à quelques mètres de la surface du sol afin de bénéficier du rafraichissement géothermique. Un service d'asservissement permettant la régulation du système en fonctionnement mode chauffage ou mode rafraichissement. Plusieurs sondes de mesures reliées à une station d'acquisition qui est reliée à un ordinateur permettent le suivi des évolutions de températures. La modélisation de la structure de l'enveloppe de la cellule et l'évolution de la température de l'air intérieur et celle des parois sont réalisées sous le logiciel TRNSYS. A l'aide des résultats obtenus par TRNSYS, logiciel FLUENT nous a permis de modéliser la tache solaire et son influence sur le plancher chauffant sous les conditions climatiques de la ville d'Oran.Après validation, la simulation numérique est utilisée pour étudier le comportement thermique de la cellule, les performances énergétiques du plancher réversible et le calcul des économies d'énergie que l'on pourrait réaliser avec de tels systèmes
This work is part of the search for energy saving solutions in the building industry while using natural and renewable sources, such as solar energy for heating and geothermal energy for refreshment. There is no need to recall that Algeria has a very large geothermal gravitational energy potential in view of its geographical position.In this thesis work, we are particularly interested in the study of thermal comfort in the case of a housing powered with a reversible hydraulic floor (heating and cooling).To carry out this study, as we can see Algeria have an important solar field and on the other hand we use an experimental system representing a real scale local. To do this, a room with a reversible hydraulic floor (heated or refreshing) is instrumented. A storage tank buried in the ground at few meters from the ground surface is used for thegeothermal refreshment during the warm periods. A service system allows us to regulate the system in heating or cooling mode. Several measuring probes used are connected to an acquisition station which is connected to a computer for monitoring of temperature évolutions.The modeling of the structure of the cell envelope is carried out under the TRNSYS software. With this, we have access to evolutions of the temperatures of the indoor air and to that of the walls. These results obtained by TRNSYS are used in a second step as input data for the FLUENT software. This allows us to model the solar spot and its influence on the heating floor under the climatic conditions of the city of Oran.After validation, numerical simulation is used to study the thermal behavior of the cell, the energy performance of the reversible floor and the calculation of the energy savings that could be achieved with such systems

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Michel, Thomas. "Développement de procédés d'implantation ionique par immersion plasma pour le photovoltaïque". Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4307.

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Le dopage du silicium par implantation ionique pour le photovoltaïque est une application relativement récente dont l'essor se heurte encore aujourd'hui aux coûts élevés d'intégration au sein des lignes de fabrication des cellules solaires. L'implantation ionique par immersion plasma promet de répondre aux futures exigences du secteur en termes de coûts et de productivité.Ces travaux de thèse ont permis le développement de procédés d'implantation ionique par immersion plasma de l'équipement PULSION®, conçu par IBS, dédiés à la fabrication de cellules solaires en silicium monocristallin. Dans un premier temps, nous montrons qu'il permet la réalisation de profils de dopage d'émetteur de type n variés, répondant aux exigences des cellules solaires à haut rendement. Les émetteurs fabriqués sont caractérisés de manière chimique, physique et électrique afin de démontrer leur excellente qualité. L'intégration de l'implantation ionique des émetteurs au sein d'un processus de fabrication industriel et peu coûteux, développé par l'INES sur silicium monocristallin de type p, permet d'atteindre des rendements de conversion supérieurs à 19,3%, soit un gain de plus de 0,5% par rapport aux rendements obtenus avec des cellules usuelles à émetteurs dopés par diffusion POCl3.La réalisation d'émetteurs de type p est également étudiée dans ce mémoire afin de préparer la transition technologique vers les cellules solaires sur silicium monocristallin de type n. Confirmant les atouts et le potentiel de la technologie d'implantation ionique par immersion plasma, les travaux menés au cours de cette thèse débouchent sur la conception d'un prototype industriel PULSION® dédié au photovoltaïque
Ion implantation is a major process technology for manufacturing integrated circuits. However, silicon doping by ion implantation for photovoltaics is a relatively recent application, and its growth still faces high costs of integration into solar cell production lines. Plasma-immersion ion implantation (PIII) promises to meet the future industry requirements in terms of costs and productivity.This thesis work has led to the development of processes dedicated to silicon-based solar cell manufacturing using the plasma-immersion ion implanter – PULSION® – designed by IBS. First, we show that PIII enables the realization of various doping profiles for phosphorus-doped emitters which fit the requirements of high-efficiency solar cells. Emitters thus fabricated are chemically, physically and electrically characterized to demonstrate their excellent quality. Those emitters, implanted through plasma immersion and integrated into a low cost solar cell manufacturing line from INES on monocrystalline silicon, enable to raise the conversion efficiency, obtained with conventional POCl3-diffused solar cells, by more than 0.5% absolute to reach efficiencies above 19.3%.Fabrication of p-type boron implanted emitters is also studied in order to improve conversion efficiencies of p-type silicon based solar cells, but also in order to anticipate the technological shift from p-type to n-type silicon material. Thanks to this thesis work, the strength and potential of PIII for photovoltaic applications have been proven and this has convinced IBS to design a PULSION® equipment dedicated to solar cell manufacturing

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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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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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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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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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Froger, Vincent. "Couches minces de chalcogénures de zinc déposées par spray-CVD assisté par rayonnement infrarouge pour des applications photovoltaïques". Phd thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00797548.

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Parmi les différentes cellules photovoltaïques existantes, les technologies à base de CIGS représentent aujourd'hui une alternative sérieuse à celles basées sur le silicium. De même, les technologies organiques émergent en vue d'applications sur le marché de la faible puissance. Afin d'être parfaitement concurrentielle, ces cellules doivent s'affranchir au maximum de la présence d'indium (surcoût) au sein de leurs structures (TCO, couche absorbante), ou de matériaux toxiques comme le CdS utilisé en tant que couche tampon. Les chalcogénures de zinc tels que le Zn1-xMgxO ou le ZnOzS1-z peuvent être employées à la place du CdS grâce à leurs propriétés semi-conductrices. En dopant le Zn1-xMgxO par un ou plusieurs atomes métalliques trivalents, on peut également créer des électrodes transparentes (TCO) pouvant substituer les électrodes traditionnelles à base d'indium (ITO). Les couches minces synthétisées au cours de ce travail ont été réalisées par spray-CVD, une technique de dépôt hybride et innovante utilisant un mode de chauffage radiatif. Les améliorations apportées au réacteur expérimental et les avantages qu'elles dégagent en font une alternative crédible aux techniques traditionnelles. Les couches de Zn1-xMgxO ainsi synthétisées exhibent de très bonnes propriétés, dont une énergie de gap facilement ajustable, une forte mobilité électronique et une très bonne transparence. De même, des couches de ZnS ont été réalisées par l'usage d'un précurseur original, permettant de s'affranchir du ZnCl2 (corrosif) couramment utilisé en spray pyrolyse. Les différents TCO étudiés ont montré de faibles résistivités (10-3 Ω.cm) et ont pu être testés dans des cellules solaires organiques en structures inverses.

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Posada, Parra Jorge Ivan. "Optimisation d'un procédé hybride de co-pulvérisation/évaporation pour l'obtention de cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066057/document.

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Les cellules solaires en couches minces à base d'absorbeurs de type Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) représentent une technologie d'avenir à haut rendement de conversion d'énergie. Plusieurs techniques sont utilisées pour synthétiser le CIGS. La pulvérisation cathodique réactive est une technique de dépôt adaptée aux grandes surfaces offrant la possibilité d'effectuer un scale-up industriel. L'objectif de ce travail est de développer et d'optimiser un procédé alternatif hybride de co-pulvérisation/évaporation pour la synthèse du composé CIGS. Pour répondre à cet objectif, différentes études ont été réalisées afin d'assurer le contrôle des différents paramètres de dépôt. Dans un premier temps, la phase plasma a été étudiée à l'aide de la spectroscopie d'émission optique pour pouvoir établir des corrélations entre la composition des couches déposées et les espèces présentes dans le plasma. Ceci a permis d'établir des courbes d'étalonnage et de suivi in-situ de la composition et l'homogénéité de l'épaisseur des couches déposées, ainsi que de déterminer l'existence de différentes modes de pulvérisation, reliés à la température appliquée pour l'évaporation du sélénium. Dans un deuxième temps, différents absorbeurs de CIGS ont été synthétisés à partir du procédé hybride développé. Ces absorbeurs ont été déposés en une et en trois étapes pour analyser l'influence des gradients de composition sur leurs propriétés morphologiques, structurales et optoélectroniques. Un absorbeur de CIGS avec un rendement de conversion maximum de 10,4 % a été fabriqué à partir d'une séquence de dépôt en une étape. Un rendement de 9,4 % a été obtenu avec une séquence dépôt en trois étapes
Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin film solar cells are a very promising technology for high efficiency energy conversion. Several techniques are used to synthesize CIGS absorbers. Magnetron reactive sputtering is an attractive deposition technique for depositing CIGS absorbers because of its potential for providing uniform coatings over large areas, thus offering the possibility for more competitive industrial scale-up. The objective of this work is to develop and optimize a hybrid alternative co-sputtering/evaporation CIGS deposition process. To meet this goal, various studies have been conducted to ensure control of the various deposition parameters. Initially, plasma was studied with Optical Emission Spectroscopy in order to establish correlations between plasma species and thin film composition, structure and morphology. This has allowed to establish in-situ calibration curves for monitoring the deposited layers composition and their homogeneity, and to determine the existence of different sputtering modes, linked to the selenium evaporation temperature. Then, different CIGS absorbers were synthesized with the stabilized hybrid process. These absorbers were deposited in one and three stages to analyze the influence of composition gradients on their morphological, structural and optoelectronic properties. A CIGS absorber giving a maximum conversion efficiency of 10.4 % was fabricated with a one step process. A 9.3 % efficiency solar cell was obtained with a three-stage deposition process

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Posada, Parra Jorge Ivan. "Optimisation d'un procédé hybride de co-pulvérisation/évaporation pour l'obtention de cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2". Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066057.

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Les cellules solaires en couches minces à base d'absorbeurs de type Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) représentent une technologie d'avenir à haut rendement de conversion d'énergie. Plusieurs techniques sont utilisées pour synthétiser le CIGS. La pulvérisation cathodique réactive est une technique de dépôt adaptée aux grandes surfaces offrant la possibilité d'effectuer un scale-up industriel. L'objectif de ce travail est de développer et d'optimiser un procédé alternatif hybride de co-pulvérisation/évaporation pour la synthèse du composé CIGS. Pour répondre à cet objectif, différentes études ont été réalisées afin d'assurer le contrôle des différents paramètres de dépôt. Dans un premier temps, la phase plasma a été étudiée à l'aide de la spectroscopie d'émission optique pour pouvoir établir des corrélations entre la composition des couches déposées et les espèces présentes dans le plasma. Ceci a permis d'établir des courbes d'étalonnage et de suivi in-situ de la composition et l'homogénéité de l'épaisseur des couches déposées, ainsi que de déterminer l'existence de différentes modes de pulvérisation, reliés à la température appliquée pour l'évaporation du sélénium. Dans un deuxième temps, différents absorbeurs de CIGS ont été synthétisés à partir du procédé hybride développé. Ces absorbeurs ont été déposés en une et en trois étapes pour analyser l'influence des gradients de composition sur leurs propriétés morphologiques, structurales et optoélectroniques. Un absorbeur de CIGS avec un rendement de conversion maximum de 10,4 % a été fabriqué à partir d'une séquence de dépôt en une étape. Un rendement de 9,4 % a été obtenu avec une séquence dépôt en trois étapes
Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) thin film solar cells are a very promising technology for high efficiency energy conversion. Several techniques are used to synthesize CIGS absorbers. Magnetron reactive sputtering is an attractive deposition technique for depositing CIGS absorbers because of its potential for providing uniform coatings over large areas, thus offering the possibility for more competitive industrial scale-up. The objective of this work is to develop and optimize a hybrid alternative co-sputtering/evaporation CIGS deposition process. To meet this goal, various studies have been conducted to ensure control of the various deposition parameters. Initially, plasma was studied with Optical Emission Spectroscopy in order to establish correlations between plasma species and thin film composition, structure and morphology. This has allowed to establish in-situ calibration curves for monitoring the deposited layers composition and their homogeneity, and to determine the existence of different sputtering modes, linked to the selenium evaporation temperature. Then, different CIGS absorbers were synthesized with the stabilized hybrid process. These absorbers were deposited in one and three stages to analyze the influence of composition gradients on their morphological, structural and optoelectronic properties. A CIGS absorber giving a maximum conversion efficiency of 10.4 % was fabricated with a one step process. A 9.3 % efficiency solar cell was obtained with a three-stage deposition process

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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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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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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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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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Gordillo, Ervin David. "Etude des transferts de chaleur et de masse dans des procédés de vapogazéification de char de biomasse innovants (solaire - nucléaire)". Thesis, La Rochelle, 2011. http://www.theses.fr/2011LAROS347.

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La possibilité de produire un gaz combustible (syngaz) à partir des composés carbonés outre que le charbon et le pétrole permettrait aux pays pauvres en ressources énergétiques de se diriger vers une indépendance énergétique.La vapogazéification est un procédé qui permet de produire un gaz riche en hydrogène à partir des matériaux carbonés (par exemple le char de biomasse) et de la vapeur d’eau. Etant donné que la gazéification est un processus endothermique, la source d’énergie est le premier souci à résoudre. Si l’on ne veut pas contribuer au réchauffement de la planète, la source d’énergie et de carbone doivent rester renouvelables. Jusqu’à présent, les ingénieurs concevaient les gazéifieurs en pensant à une uniformité des propriétés à l’intérieur du réacteur, cela simplifie la modélisation et le contrôle des variables, cependant, avec les sources de chaleur innovantes et la possibilité de n’utiliser que de la vapeur d’eau pour la gazéification, on peut conclure qu’un gradient de températures améliore la production d’hydrogène. Les nouvelles technologies de gazéification nécessitent donc une compréhension des phénomènes de transfert afin d’être améliorées et optimisées. Trois types de réacteurs ont modélisés dans le cadre de cette thèse, il est mis en évidence qu’il existe un manque de critères solides à l’heure de choisir le dispositif réactionnel le plus adéquat selon les ressources disponibles. La théorie du gradient de température est conçue à partir des principaux résultats de cette thèse et s’intéresse à la création d’un outil simple à utiliser pour que l’ingénieur puisse prendre des décisions qui aident à améliorer la production de gaz combustible
The possibility of producing syngas from carbon compounds other than coal or oil would allow countries lacking energy resources to move toward energy independence. The steam gasification is a process that could help to this predisposition, producing a hydrogen-rich gas from carbon-rich materials (e.g. biomass char) and steam. Since gasification is an endothermic process, the energy source is the first concern to be addressed in the gasifierdesign. If we want it to not contribute to global warming, the energy source and carbon must remain renewable.Until now, engineers designed gasifiers thinking about uniformity of properties within the reactor, it simplifies the variables modeling and control, however, with innovative heat sources and the possibility to use only steamfor gasification, it can be concluded that a temperature gradient enhances the hydrogen production, thus the syngas quality is improved. The new gasification technologies therefore require the understanding of transport phenomena to apply this advantage in order to improve the syngas production and quality. Three reactor typesare modeled as part of this work, it is shown that there is a lack of firm criteria to choose the reaction device according to the resources, consequently, the reactors performance could be diminished if the energy source is not properly used. The theory of the temperature gradient is built based on the main results and it is a simple toolto help the engineer to make decisions that will improve the fuel gas production

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Zehani, Mongia. "Optimisation du procédé polyol pour la synthèse de nanoparticules d'oxyde de zinc : mise à l'échelle du procédé et applications photovoltaïques". Thesis, Paris 13, 2014. http://www.theses.fr/2014PA132044/document.

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Grâce aux développements des méthodes de synthèse et de caractérisation, les nanomatériaux constituent un champ d'investigation de plus en plus actif et attractif. Cette thèse s'attache à étudier un procédé de synthèse de nanoparticules d’oxyde de zinc par voie polyol. Ce procédé a l’avantage de fournir une large variété morphologique de particules présentant une bonne qualité cristalline. Dans cette thèse, nous montrons qu’en variant les paramètres de synthèse nous pouvons moduler la taille, la distribution de taille et la morphologie des nanoparticules pour les obtenir en forme de nanosphères aussi fines que 6 nm ou des nanofils aussi longs que600 nm. Notre étude systémique a porté sur un ensemble de paramètres qui contrôlent la réaction d’hydrolyse forcée incluant la stoechiométrie, la température, la nature du polyol mais également l’agitation, l’injection des réactifs et l’activation par ultra sons du milieu. Nous montrons que la forme des nanoparticules est déterminée par la compétition entre les réactions de croissance de différentes faces du cristal d’oxyde de zinc. Notre étude a permis aussi de comparer différents dispositifs de mélange comme le réacteur du laboratoire, le T de mélange et les jets libres. Par ailleurs, pour produire en masse ces nano objets nous avons développé une stratégie originale pour comprendre l’effet du mélange sur la taille des nanoparticules. Notre approche s’appuie sur la résolution numérique des équations de Navier-Stokes et la corrélation entre les profils d’énergie turbulente dissipée et la taille des nanoparticules mesurée expérimentalement. L’application au cas spécifique de l’oxyde de zinc nous a permis de produire jusqu’à ~50 g de nanoparticules par Batch. Ces nanoparticules ont par la suite été incorporées comme matériau semi conducteur dans des cellules photovoltaïques à colorant préparées à l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris. En effet, la richesse morphologique de ZnO obtenu par voie polyol laisse présager une bonne adsorption du colorant à sa surface. Nos résultats montrent que les rendements de photoconversion dépendent aussi bien de la morphologie que de la taille. Les meilleures cellules élaborées dans cette thèse ont un rendement qui avoisine 5.3 %
Thanks to developments in synthesis methods and characterization techniques, nanomaterials research field is increasingly active and attractive. This thesis aims to investigate the polyol process for zinc oxide nanoparticles synthesis. Indeed, this method has the advantage of providing a wide variety of particle morphology with a good crystalline quality. In this thesis, we show that by varying the synthesis conditions we can adjust the size, the size distribution and the morphology of nanoparticles to obtain either shaped nanospheres as small as 6 nm or nanowires as long as 600 nm. Our systemic study focused on a set of parameters that control the forced hydrolysis reaction including stoichiometry, temperature, nature of the polyol but also mixing, injection of reagents and ultrasound activation. We show that the shape of the nanoparticles is determined by the competition between growth rates of different zinc oxide crystal facets. Our study also compared different mixing devices such as laboratory reactor, T- mixer and impinging jets. More over, to mass produce zinc oxide nanoparticles, we developed an original strategy to understand the effect of mixing on nanoparticle size. In our approach, we correlate the turbulent energy dissipated as obtained from Computation Fluid Dynamics with theme asured nanoparticle size. The application to the specific case of zinc oxide has allowed us to produce sample aliquots of ~50 g per Batch. These nanoparticles were subsequently incorporated into dye-sensitized solar cells as semi conducting material at the École Nationale Supérieure de Chimie de Paris. Indeed, the morphological richness of the zinc oxide produced via polyol process suggests good adsorption of the dye on their surfaces. Our results show that the photoconversion efficiencies depend both on the morphology and the size. Our best photoconversion efficiency approaches 5.3%

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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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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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Carrere, Tristan. "Procédés d’implantation ionique et structures innovantes pour les cellules photovoltaïques à hétérojonctions de silicium". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS275.

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Ce travail a pour but d'implémenter des procédés d’implantation ionique pour des cellules solaires à hétérojonctions de silicium (SHJ) afin d'en simplifier le procédé de fabrication ou d’en augmenter les performances.Nous avons d'abord étudié le procédé pour réaliser le dopage des couches de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Par ce nouveau procédé, il est possible de réaliser des dopages localisés de manière simple, à travers des masques, ce qui peut permettre une diminution des coûts de fabrication de certains types de cellules SHJ comme les cellules à contacts interdigités à l'arrière. Les implantations de phosphore et de bore ont été étudiées, pour la réalisation de dopage respectivement de type n et p. Les comportements et les conclusions sont très différents pour ces deux types de dopage. Le phosphore étant plus lourd que le bore, il est possible de l'implanter dans des couches très minces sans endommager fortement l'interface avec le silicium cristallin, mais la création très importante de défauts dans le a-Si:H, résistant à des recuits post-implantation, conduit à de fortes dégradations des propriétés électriques du a-Si:H, et il n'a pas été possible d'atteindre des niveaux de conductivité suffisants. Au contraire, pour le bore, conformément à des résultats de la littérature, les atomes sont activés plus facilement par un recuit post-implantation grâce à la forte diminution de la concentration de défauts localisés. Cependant, le bore, implanté plus profondément, atteint e plus facilement l'interface, ce qui nécessite des recuits à plus haute température pour guérir les défauts d'interface. Néanmoins, pour des couches de a-Si:H de l'ordre de 25 nm, nous avons pu trouver des conditions technologiques permettant d'obtenir des propriétés comparables à celles obtenues par le procédé classique de dépôt de (p) a Si:H assisté par plasma, à savoir des valeurs élevées de conductivités du a-Si:H (10-4 Ω-1cm-1) et de passivation d’interface (i VOC > 700 mV).Une deuxième partie de ce travail est consacrée à l’étude d’une nouvelle cellule, dite à homo hétérojonction de silicium (HHJ) comprenant un homo-émetteur additionnel (p+) c-Si à l’hétéro-interface côté émetteur. Le but est d’améliorer la passivation de l’interface afin d’augmenter le rendement de la cellule. Des simulations numériques ont mis en évidence une augmentation de FF de la cellule HHJ, que nous avons pu attribuer à une meilleure passivation par effet de champ et à une diminution de la résistance globale du a-Si:H due à des modifications des courbures de bandes. Elles ont aussi montré la nécessité d’un homo-émetteur suffisamment mince et fortement dopé (5×1018 cm-3). De ce fait, nous avons utilisé le procédé d’implantation ionique pour développer des profils de bore adéquats et avons pu vérifier expérimentalement que l'incorporation de la couche de (p+) c-Si permet la diminution de la résistance de contact et l'amélioration de la passivation de l'interface (i) a-Si:H/(p+) c-Si par effet de champ lorsque la concentration de bore en surface n'est pas trop importante. Ces deux améliorations ont pu être concrétisées dans la réalisation de cellules présentant une amélioration du facteur de forme et de meilleurs rendements de conversion par rapport à des cellules SHJ de référence. Cette réalisation constitue la première preuve de concept pour les cellules de type HHJ
This work aims at investigating the use of ion implantation to process silicon heterojunction solar cells (SHJ) in order to improve the ratio of cost to produced power (€/Wp) of the cells either by cost reduction due to manufacturing simplification or by increase of the cell performance.A first part of the work consists in doping hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) layers by ion implantation. Using hard masks, doping of localized regions required in cell architectures like interdigitated back contact cells can thus be easily achieved at lower cost. Both boron and phosphorus implantation have been studied for p- and n-type doping, respectively. These two types behave very differently. Phosphorous being heavier than boron, very shallow implantation can be achieved on thin a-Si:H layers onto crystalline wafers without damaging the interface. However very high defect densities are created in a-Si:H which cannot be annealed out by post-implantation annealing treatments. Therefore it was not possible to reach conductivity values suitable for solar cell applications. For B implantation, consistently with previous work, the activation of B atoms has been achieved upon annealing thanks to a decrease of localized bandgap states. Also, boron can penetrate deeper and reach high concentration at the a-Si:H/c-Si interface, which requires higher temperature annealing compared to P implantation to recover a good interface passivation quality. Nevertheless, for a-Si:H layers of about 25 nm process conditions allowing similar properties to PECVD-doped (p) a-Si:H deposition (i.e. conductivity of 10-4 Ω-1cm-1 and interface passivation allowing i-VOC > 700 mV) have been obtained.A second study is dedicated to the study of a new cell concept, named silicon homo-heterojunction (HHJ) which comprise an additional homo-emitter (p+) c-Si at the emitter interface. The goal is to improve the interface passivation in order to increase the cell efficiency. Numerical simulations have evidenced an improved fill factor in this cell that is attributed to a field effect passivation improvement and a decrease in series resistance related to band bending changes in the a-Si:H layers. The need of sufficiently shallow and strongly doped (> 5×1018 cm-3) emitter has also been evidenced. Therefore, ion implantation has been used to develop suitable boron profiles and both the increase in fill factor and the decrease in contact resistances have been obtained when the boron surface concentration is not too high. These improvements have been validated by processing HHJ solar cells that exhibit a fill factor improvement and an improved efficiency compared to SHJ cells. This achievement is a first proof of concept of the HHJ architecture

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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Hayes, Maxim. "Intégration de collecteurs de charges avancés dans les cellules solaires bifaciales à haut rendement : vers un procédé générique pour les nouveaux matériaux silicium". Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2020. http://www.theses.fr/2020AIXM0519.

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L'industrie PV connaît un fort engouement pour les cellules PERC. Néanmoins leurs performances sont limitées par deux sources de recombinaison des porteurs de charge: au niveau de l'émetteur obtenu par diffusion de P, et en face arrière aux interfaces Al-Si. L'objectif principal de cette thèse vise à limiter ces pertes en intégrant deux nouveaux collecteurs. Le premier est un émetteur sélectif (ES) obtenu par implantation ionique à immersion plasma (PIII) de P. Le second concerne un contact passivé (CP) constitué d'un film de silicium polycristallin (poly-Si) dopé au B sur un oxyde mince. Dans un second temps, les travaux s'intéressent à la compatibilité entre ces collecteurs et les plaquettes de Si issues de lingots fabriqués par solidification dirigée. Un procédé de masquage in situ des implantations PIII a permis d'élaborer des ES avec une bonne maîtrise de la géométrie du motif et des niveaux de dopage. Ensuite, un éventail de techniques pour la métallisation du poly-Si(B) a été étudié. La voie de métallisation par sérigraphie de pâtes traversantes est la plus encourageante à l'heure actuelle. Elle permet l'utilisation de couches hydrogénantes non sacrificielles qui ont mené à l'obtention de précurseurs de cellules avec un excellent niveau de passivation. Néanmoins, la résistance de contact entre le métal et le poly-Si(B) demeure à ce jour trop élevée pour une intégration optimale. Enfin, l'association de Si multicristallin avec différents CP a montré la propension de ces derniers à générer un effet getter externe efficace. Cela laisse envisager une très bonne compatibilité entre l'architecture cellule développée et les Si bas-coût et à faible emprunte carbone
Thanks to a relatively simple fabrication process and high conversion efficiency values the PERC structure is well established at the industrial level. Nevertheless, industrial PERC solar cells performances are mostly limited by two charge carrier recombination sources: P thermally diffused emitter on the front side and the Al-Si interfaces at the rear contacts. The main goal of this work aims at limiting both recombination sources. A selective emitter (SE) obtained by plasma immersion ion implantation (PIII) is developed for an integration on the front side; whereas a B-doped polysilicon (poly-Si) on oxide passivated contact (PC) is integrated on the back side. The second goal of this work consists in evaluating the compatibility between these advanced carrier collectors and directionally solidified Si materials. SE featuring good geometrical properties and a well-controlled doping were fabricated thanks to an in situ localized doping process obtained with a specific mask developed for PIII. Besides, several metal deposition technologies were investigated for the poly-Si(B). Fire-through screen-printing appears as the most promising approach so far. Indeed, the deposition of a non-sacrificial hydrogen-rich layer allowed to reach an excellent surface passivation level for solar cell precursors. However, the specific contact resistivity obtained remains too high for an optimal cell integration. Lastly, the fabrication of poly-Si PC showed excellent external gettering efficiencies for multicrystalline Si. Thus, the potential of the developed cell structure to be integrated with low-cost and low carbon footprint materials is encouraging

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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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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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