Добірка наукової літератури з теми "Conversion d'énergie solaire"

Les questions environnementales représentent à la fois des enjeux sociétaux, économiques et politiques majeurs. C’est pourquoi de nombreux Etats se sont engagés à élaborer des stratégies nationales de développement durable. Ce travail de thèse s’intègre ainsi dans le contexte actuel visant à produire des énergies dites « propres », où nous avons cherché à élaborer des systèmes hybrides organique-inorganique à base de polyoxométallates, permettant de collecter de manière efficace la lumière dans le domaine du visible et d’induire un transfert électronique photo-induit. L’approche développée consiste en un greffage covalent d’une entité chromophore sur différents types de polyoxométallates afin de pouvoir envisager des processus catalytiques multi électroniques dont la réduction de protons en dihydrogène. Dans un premier temps il a été nécessaire d’élaborer des méthodologies de synthèses et de purifications pour l’élaboration de différents types de POMs hybrides par lien covalent. Dans un second temps des chromophores de type organiques ou organométalliques ont été préparés. Ces derniers ont permis l’élaboration de dyades à base de POMs en appliquant les méthodologies de couplage préalablement établies. Les propriétés photophysiques de ces nouveaux composés ont été étudiées afin de mettre en évidence des états à séparation de charge. Enfin dans le but d’envisager un dispositif fonctionnel pour la photosynthèse artificielle il est primordial de passer par une étape de mise en forme ou de structuration. Cette approche nous a ainsi permis d’envisager d’autres composés hybrides et d’en étudier les propriétés émergentes, notamment suite à un dépôt sur surface
Environmental challenges represent main societal, economical and political issues. As a consequence, many countries committed themselves to develop new strategies in terms of sustainable energy sources. This Ph. D work takes part into this specific context. In such a situation, we sought to elaborate organic-inorganic hybrid systems that are based on polyoxometalates (POMs). These systems can efficiently collect visible light to induce photocumulative electron transfer. The approach in this work is based on the covalent grafting of a chromophore moiety onto different types of POMs in order to consider catalytic and multi-electronic processes such as the reduction of protons into dihydrogen. At first, we developed synthetic methodologies and purification processes to prepare different types of hybrid POMs by covalent linking. Then, organic and organometallic chromophores have been prepared. The later led to the synthesis of POM based dyads following the coupling methodologies previously established. The photophysical properties of these new compounds were studied and the results shone light on the occurrence of charge separation states. At last, in order to value such molecules into functional devices for artificial photosynthesis, it is compulsory to go through a step of integration. This perspective led us to think about other types of hybrid compounds, which can give rise to new and original properties after surface confinement

L'intrant et l'extrant d'un système énergétique à source renouvelable étant généralement aléatoires en fonction du temps, de tels systèmes nécessitent des méthodes d'optimisation particulières. A l'aide de données de rayonnement solaire et de profils de consommation journaliers et sur la base d'une approche systémique globale, le fonctionnement du système photovoltaïque est simule. La contrainte d'autonomie du système conduit à une infinité de configurations possibles, des contraintes physico-techniques supplémentaires permettent une réduction du domaine de configurations. Enfin, l'ajout du paramètre cout de revient du kWh et la contrainte de minimisation de celui-ci permettront d'obtenir le meilleur système. Apres une étude du rayonnement solaire global, de l'influence de la répartition temporelle de la consommation et du pas de temps de simulation, l'attention est portée sur l'important excèdent énergétique produit par le système photovoltaïque autonome optimise. L'amélioration du bilan énergétique global de l'installation passe par une diminution de l'énergie perdue et du taux de couverture solaire, ce qui implique l'utilisation d'une source auxiliaire d'énergie. La méthode de dimensionnement est étendue aux systèmes bi-sources solaires/groupe électrogène et la contribution de chacune d'entre elles est optimisée. Le système hybride est comparé à d'autres systèmes de production décentralisée d'électricité. La méthodologie est testée et validée sur un système hybride existant: la centrale PV de Paomia-Rondulinu d'une puissance crête installée de 44 kW.

Sont principalement étudiés : - une tour solaire (un large collecteur circulaire en verre + une cheminée d'1 km de haut dans laquelle l'air chaud monte et entraîne des turbines) ; - et une tour à flux descendant d'air sec refroidi par vaporisation de gouttelettes d'eau. Des publications concurrentes présentant de graves erreurs de principe affectent la crédibilité de ces deux projets, pourtant sérieux malgré leur gigantisme. D'autres modes de conversion d'énergie renouvelable sont, de même, peu étudiés en France, recherchent des processus "pauvres" (rendement, matériaux, fluides moteurs), avec une production centralisée pour bénéficier d'économies d'échelle. Dans tous les cas, l'optimisation économique ne fait pas assez varier ensemble de nombreux paramètres pour déterminer une configuration optimale. Quelques améliorations techniques de la tour solaire sont proposées, en particulier pour pouvoir agrandir le collecteur solaire et la tour, et améliorer le rendement global

Ce travail est consacre a l'etude theorique et experimentale du transfert de chaleur entre une paroi et un lit fludise dans le domaine de temperature 450#oc-900#oc et pour des diametres de corindon de 0,73 mm a 1,7 mm. L'etude theorique a conduit a la realisation d'un modele base sur le calcul du transfert de chaleur par conduction et rayonnement entre un plan et une bille spherique. Ce modele a ete resolu en geometrie cylindrique. Il permet le calcul des coefficients de transfert total et radiatif. La contribution du rayonnement varie de 10 a 30%. Dans le domaine de variation des parametres considere. Le travail experimental realise a partir d'un dispositif chauffe par rayonnement solaire concentre a confirme l'accroissement tres significatif du coefficient d'echange avec t (50% entre 500 et 800#oc). La comparaison theorie-experience a permis de correler l'evolution de la contribution convective a une valeur caracteristique du nombre d'archimede. Elle deviendrait negligeable pour ar=1,410#4. Les bilans thermiques realises sur le systeme utilise comme recepteur solaire conduit a des efficacites de conversion de l'ordre de 60% a 800#oc

L'intérêt des complexes organométalliques pour les applications optiques tels que les matériaux luminescents, les photosensibilisateurs, les photocatalyseurs, les biomatériaux ou les nanomatériaux pour l'optoélectronique ne cesse de croître. Le développement de telles applications implique la conception minutieuse de complexes métalliques aux propriétés photophysiques appropriées pour assurer une collecte de lumière efficace basée sur une absorption forte et à large bande, une génération d'excitons dans la phase condensée et un transfert de charge à l'état excité. Par conséquent, les propriétés de l'état excité en termes d'énergie et de durée de vie déterminent les performances fonctionnelles des molécules et, donc, des nanostructures ou des dispositifs constitués de ces unités moléculaires. L'objectif de la thèse est de développer des composés photosensibles à partir de complexes métalliques peu coûteux et respectueux de l'environnement. Alors que les complexes à base de ruthénium ont été largement étudiés et utilisés dans de nombreuses applications de laboratoire en raison de leurs propriétés photophysiques idéales, le ruthénium est un métal rare, toxique et coûteux, ce qui limite un développement industriel réel. Ce travail doctoral vise à remplacer ce métal par le fer, un métal stratégique dans la recherche de dispositifs à faible coût et de procédés industriels préservant les ressources. En particulier, nous ciblons le développement de photosensibilisateurs pour la conversion d'énergie solaire. Cependant, le remplacement du ruthénium par le fer représente un défi de taille et est activement recherché. En effet, contrairement au ruthénium, on assiste avec les complexes de fer à une désactivation ultrarapide non radiative des états 1,3MLCT (métal-ligand charge transfer) dans le quintuplet 5T2 de faible énergie centrée sur le métal, rendant les complexes inexploitables pour les applications dans des dispositifs nécessitant l'exploitation de la transition MLCT telles que les DSSCs. Dans ce contexte, le projet vise à améliorer et à contrôler de manière rationnelle les propriétés électroniques et géométriques des états excités de complexes de fer afin de pouvoir les appliquer en photocatalyse ainsi qu'en cellules solaires. En conséquence, un premier objectif est d'établir des règles et directives génériques pour la relation entre la structure chimique et les propriétés photophysiques. Ce gain initial de connaissances apportées par le travail de thèse est la clé pour rationaliser, dans un deuxième temps, les propriétés des états excités pour la fabrication de complexes de métalliques applicables dans les applications de conversion d'énergie. Pour ce faire, le projet est basé sur une approche interdisciplinaire combinant la synthèse chimique, qui est la part centrale du travail de thèse, avec le calcul théorique et la spectroscopie ultrarapide, jusqu'à l'étude des propriétés photocatalytiques ou la fabrication de dispositifs solaires comme les DSSCs
The interest of organometallic complexes for optical applications such as luminescent materials, photosensitizers, photocatalysts, biomaterials or nanomaterials for optoelectronics continues to grow. The development of such applications involves the careful design of metal complexes with appropriate photophysical properties to ensure efficient light collection based on intense and wide absorption, exciton generation in the condensed phase and charge transfer to the excited state. Consequently, the properties of the excited state in terms of energy and lifetime determine the functional performance of the molecules and, therefore, the nanostructures or devices made up of these molecular units. The aim of the thesis is to develop photoactive compounds from inexpensive and environmentally friendly metal complexes. While ruthenium-based complexes have been widely studied and used in many laboratory applications because of their ideal photophysical properties, ruthenium is a rare, toxic and expensive metal, which limits actual industrial development. This doctoral work aims to replace this metal with iron, a strategic metal in the search for low-cost devices and industrial processes that conserve resources. In particular, we are targeting the development of photosensitizers for solar energy conversion. However, the replacement of ruthenium with iron represents a significant challenge and is actively sought. In fact, unlike ruthenium, the iron complexes exhibit an ultra-fast non-radiative deactivation of 1,3MLCT (metal-ligand charge transfer) states in the low-energy 5T2 quintuplet centered on the metal, making the complexes unusable for the applications in devices exploiting the MLCT transition such as DSSCs. In this context, the project aims to improve and rationally control the electronic and geometrical properties of excited states of iron complexes in order to apply them in photocatalysis as well as in solar cells. Therefore, a primary goal is to establish generic rules and guidelines for the relationship between chemical structure and photophysical properties. This initial gain of knowledge provided by the thesis work is the key to rationalize, in a second time, the properties of excited states for the fabrication of metal complexes applicable in energy conversion applications. To do this, the project is based on an interdisciplinary approach combining chemical synthesis, which is the central part of thesis work, with theoretical computation and ultrafast spectroscopy, up to the study of photocatalytic properties or the fabrication of solar devices such as DSSCs

Compte-tenu des défis énergétiques actuels, les systèmes électriques hybrides présentent un atout intéressant en vue d'une meilleure maîtrise de l'énergie, en particulier lors de l'usage de sources d'énergies renouvelables. Ces systèmes permettent de diversifier les sources afin de bénéficier de chacune d'entre elles en respectant leurs propres caractéristiques. Bien entendu, une stratégie de contrôle appropriée doit être mise en oeuvre afin de gérer efficacement l'énergie tout en respectant les caractéristiques et contraintes de chacun des composants (sources, charges) du système. De plus, pour des systèmes d'entraînement, l'électronique de puissance permet de récupérer l'énergie durant certaines phases de fonctionnement, évitant ainsi de la dissiper sous forme de chaleur. La présente étude a été appliquée à un système ascenseur alimenté par plusieurs sources. La première partie de ce mémoire expose les problèmes énergétiques auxquels nous devons faire face aujourd'hui (pénuries des ressources, efficacité énergétique) pour ensuite se focaliser sur les économies réalisables sur les ascenseurs européens. La structure générale de systèmes électriques hybrides est introduite avec des exemples d'applications. Dans une seconde partie, le dimensionnement du système a été réalisé afin de respecter le cahier des charges d'ascenseurs en termes de performances. De plus, nous avons ajouté diverses sources d'énergie ainsi que la possibilité d'effectuer des phases de récupération. Une modélisation de l'ensemble a permis de mettre au point une stratégie de contrôle pour ce système hybride. Les résultats de simulations ont été reproduits expérimentalement montrant des gains d'efficacité non négligeables. Une plateforme expérimentale a été construite afin de valider la stratégie de commande sur un système réel. Le contrôle s'effectue à l'aide de l'outil de prototypage rapide dSPACE, facilitant ainsi la modification de stratégie. Cette plateforme constitue ainsi un outil complet pour la commande de systèmes électriques hybrides en vue de la gestion d'énergie
Given the current energy challenges, hybrid power systems present an interesting asset for better energy efficiency especially in the use of renewable energy sources. These kinds of systems combine several sources in order to supply correctly the load. With a proper control strategy, we can take advantage of each source according to their characteristics so as to manage the entire system. In addition, for traction systems, it is possible to recover energy during different operating phases thanks to power electronic, instead of dissipating this energy in heat. The present study was applied to an elevator system fed by several sources. The first part of this thesis outlines energy problems and focuses on the savings on lifts in European Union. Then, the general structure of hybrid power systems is introduced with application examples. In the second part, the design of the system was led to meet the specifications of real elevators in terms of performance. However, for this study, we have added to this system different energy sources and the possibility of recovering energy. The modeling of the overall system has been carried in order to develop a control strategy for this hybrid system. After encouraging simulation results, an experimental platform was built to validate the control strategy on a real system. Experimentations have been performed successfully. The control is implemented with the rapid prototyping tool, dSPACE that allows to modify easily the strategies. This platform is therefore a complete tool for controlling hybrid electric systems in order to apply different energy management strategies

Compte-tenu des défis énergétiques actuels, les systèmes électriques hybrides présentent un atout intéressant en vue d'une meilleure maîtrise de l'énergie, en particulier lors de l'usage de sources d'énergies renouvelables. Ces systèmes permettent de diversifier les sources afin de bénéficier de chacune d'entre elles en respectant leurs propres caractéristiques. Bien entendu, une stratégie de contrôle appropriée doit être mise en oeuvre afin de gérer efficacement l'énergie tout en respectant les caractéristiques et contraintes de chacun des composants (sources, charges) du système. De plus, pour des systèmes d'entraînement, l'électronique de puissance permet de récupérer l'énergie durant certaines phases de fonctionnement, évitant ainsi de la dissiper sous forme de chaleur. La présente étude a été appliquée à un système ascenseur alimenté par plusieurs sources. La première partie de ce mémoire expose les problèmes énergétiques auxquels nous devons faire face aujourd'hui (pénuries des ressources, efficacité énergétique) pour ensuite se focaliser sur les économies réalisables sur les ascenseurs européens. La structure générale de systèmes électriques hybrides est introduite avec des exemples d'applications. Dans une seconde partie, le dimensionnement du système a été réalisé afin de respecter le cahier des charges d'ascenseurs en termes de performances. De plus, nous avons ajouté diverses sources d'énergie ainsi que la possibilité d'effectuer des phases de récupération. Une modélisation de l'ensemble a permis de mettre au point une stratégie de contrôle pour ce système hybride. Les résultats de simulations ont été reproduits expérimentalement montrant des gains d'efficacité non négligeables. Une plateforme expérimentale a été construite afin de valider la stratégie de commande sur un système réel. Le contrôle s'effectue à l'aide de l'outil de prototypage rapide dSPACE, facilitant ainsi la modification de stratégie. Cette plateforme constitue ainsi un outil complet pour la commande de systèmes électriques hybrides en vue de la gestion d'énergie.

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

Mise au point d'une methode de dimensionnement optimise des installations photovoltaiques pour determiner le meilleur systeme susceptible de repondre a une demande de service en energie. Serie d'evaluations de performances a partir de simulations a pas de temps fin du comportement du systeme sur des periodes d'une annee, avec en entree des donnees climatiques a valeur statistique