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Hdr Année : 2010

Contribution à l'amélioration des chaines de conversion photovoltaiques par l'introduction d'architectures distribuées

Résumé

Photovoltaic solar energy is a renewable form of energy to produce electricity by converting a portion of solar radiation through solar photovoltaic modules, comprising several interconnected photovoltaic cells. Local impacts of solar power are very low: no noise, no emissions and, visually, a relative or discretion, for certain structures of building integrated real elegance. The electrification by PV energy is an alternative habitat for a remote site, away from the grid. It covers the domestic needs of a principal residence by using standard devices (small appliances, televisions, hi-fi, computing, etc ...) and specific energy efficient equipment (lighting and refrigeration). The photovoltaic system is connected to a grid for emerging distributed generation of electricity. Anyone with a residential home, a communal building or other location capable of receiving a field of photovoltaic modules, can become a producer of renewable energy by injecting all or part of its electricity locally produced in the public distribution system. However, to date, the massive development of PV energy as a means of power generation connected to the grid, remains handicapped by its production cost is still very high. It is in this context are the research presented in this authorization to conduct research. Since 1996, research LAAS were oriented Optimization, Management and Treatment of Energy, and specifically on optimizing channels modular photovoltaic power conversion, complementing the French scientific community, mainly oriented towards the synthesis of materials and development of new types of cells. The objective is to design, build and characterize systems in association with a strong technological integration aspect. Currently, different management architectures photovoltaic energy are offered on the market and help develop more or less the production of such energy. Our goal is here to develop discretized DC-DC architectures conversion chains that provide innovative techn ology solutions in terms of improving the efficiency of the conversion chain, with a strong integration of the whole. After recalling the concept and validity of the concept of discretization, we focus on the study of micro-converter for a tandem photovoltaic cell. Finally, we propose various research perspectives inherent to the topic of PV. Although the provision of decentralized energy has many advantages, the transition to a "smart grid" represents several challenges. One of the major electricity networks of the future involves the assimilation of intermittent power generation. The development of renewable energy sources of electricity generation decentralized, is often hampered by an inadequate means of production with the operation of the existing network. Thus, based on the observation that the intermittent production of energy is difficult to integrate the grid and does not correspond to periods of peak demand, we will consider different ways to incorporate the production of electricity from renewable sources, including the introduction of storage facilities. To validate our approach which is global on the issue of energy, we discuss the formation of the demonstrator ADREAM under construction at LAAS-CNRS, designed from the outset as a validation tool scale.
L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie renouvelable permettant de produire de l'électricité par transformation d'une partie du rayonnement solaire grâce à des modules solaires photovoltaïques, comprenant plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre elles. Les impacts locaux du solaire sont très réduits : pas de bruit, pas de rejets et, sur le plan visuel, une relative discrétion voire, pour certaines structures intégrées au bâtiment une réelle élégance. L'électrification par l'énergie solaire photovoltaïque est une solution alternative pour un habitat en site isolé, éloigné du réseau électrique. Elle permet de couvrir les besoins domestiques d'une résidence principale en utilisant des appareils standards (petit électroménager, téléviseur, chaine haute-fidélité, micro-informatique, etc...) et des équipements spécifiques économes en énergie (éclairage et froid). Le photovoltaïque raccordé au réseau représente une filière émergente pour la production décentralisée d'électricité. Toute personne disposant d'un habitat résidentiel, d'un bâtiment communal ou d'un autre lieu d'implantation susceptible de recevoir un champ de modules photovoltaïques, peut devenir un producteur d'énergie renouvelable en injectant toute ou partie de l'électricité localement produite dans le réseau de distribution public. Cependant, à ce jour, le développement massif du solaire photovoltaïque, en tant que moyen de production d'électricité raccordé au réseau, reste pénalisé par son coût de production encore très élevé. Cest dans ce contexte que se situent les travaux de recherche présentés dans cette habilitation à diriger des recherches. Depuis 1996, les recherches du LAAS se sont orientées sur l'Optimisation, la Gestion et le Traitement de l'Energie, et plus particulièrement sur l'optimisation de chaines modulaires de conversion d'énergie photovoltaïque, en complémentarité avec la communauté scientifique française, majoritairement orientée vers la synthèse de matériaux e t le développement de nouveaux types de cellules. L'objectif est de concevoir, réaliser et caractériser des systèmes en liaison avec un aspect intégration technologique fort. Actuellement, différentes architectures de gestion de lénergie photovoltaïque sont proposées sur le marché et permettent de valoriser plus ou moins bien la production de ce type dénergie. Nous nous consacrerons ici aux architectures de conversion DC-DC discrétisées, permettant dapporter une solution technologique novatrice en termes damélioration du rendement de la chaîne de conversion, avec une volonté forte dintégration de lensemble. Après avoir rappelé le concept et la validité du concept de discrétisation, nous nous focaliserons sur létude dun micro-convertisseur pour une cellule photovoltaïque Tandem. Enfin, nous proposons diverses perspectives de recherches inhérentes à la thématique du photovoltaïque. Bien que la fourniture dénergie décentralisée comporte de nombreux avantages, la transition vers un " smart grid " représente plusieurs défis. Un des enjeux majeurs des réseaux d'électricité de demain consiste en lassimilation de la production d'électricité intermittente. Le développement des énergies renouvelables, sources de production d'électricité décentralisées, est souvent freiné par une inadéquation de ces moyens de production avec le fonctionnement du réseau actuel. Ainsi, partant du constat que la production intermittente d'énergie est en effet difficile à intégrer au réseau et ne correspond pas aux périodes de consommation de pointe, nous envisagerons différentes solutions pour intégrer la production d'électricité d'origine renouvelable, notamment par lintroduction de moyens de stockage. Pour valider notre approche qui se veut globale sur la problématique de lénergie, nous évoquerons la constitution du démonstrateur ADREAM en cours de construction au LAAS-CNRS, conçu dès le départ comme un outil de validation grandeur réelle.
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Dates et versions

tel-00546390 , version 1 (14-12-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00546390 , version 1

Citer

Bruno Estibals. Contribution à l'amélioration des chaines de conversion photovoltaiques par l'introduction d'architectures distribuées. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. ⟨tel-00546390⟩
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