Thèse soutenue

Développement d’un modèle opérationnel de puissance pour systèmes photovoltaïques à concentration (CPV)
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Auteur / Autrice : Mousaab Benhammane
Direction : Gilles NottonGrégoire Pichenot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, thermique, combustion, acoustique
Date : Soutenance le 28/10/2019
Etablissement(s) : Corte
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Grégoire Pichenot, Christian Schaeffer, Giuseppe Marco Tina, Philippe Voarino, Alain Dollet, Christian Cristofari
Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Schaeffer, Giuseppe Marco Tina

Résumé

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La production d’électricité par conversion photovoltaïque est aujourd’hui bien connue ; l’utilisation de cellules multi-jonction à haute performance est encore peu répandue et relève encore d’un marché de niche. Ces cellules, composées pour la plupart de trois jonctions photovoltaïques à base de matériaux appartenant aux troisième et cinquième colonnes du tableau de Mendeleïev, permettent d’atteindre des rendements supérieurs à 45%. Du fait de leur coût élevé, ces cellules sont fabriquées en très petite taille (allant de quelques cm² à quelques centaines de μm²) et alignées à des éléments optiques pour concentrer plusieurs centaines de fois le rayonnement solaire direct incident. Les modules fabriqués à base de ces cellules sont montés sur un tracker solaire très précis. La modélisation du fonctionnement de ces systèmes est très complexe ; de nombreux paramètres météorologiques tels que l’éclairement solaire direct, la température ambiante, la masse optique atmosphérique et les caractéristiques spectrales du rayonnement entrent en jeu dans le processus de conversion ; ces paramètres sont difficiles à mesurer, nécessitent une couteuse instrumentation et une maintenance contraignante. L’objectif de ces travaux est de développer un modèle opérationnel de puissance électrique utilisant des grandeurs d’entrée souvent mesurées et disponibles aisément pour l’exploitant de la centrale CPV. Il pourra être utilisé comme un outil d’aide à la décision pour l’investisseur en lui fournissant une estimation précise de l’énergie productible sur le site d’installation envisagé. Trois sites d’expérimentation ont été retenus : Le Bourget du Lac, Ajaccio et Aigaliers, sur chacun est installé un système CPV de technologie légèrement différente. Les mesures réalisées sur ces systèmes ont été filtrées et validées, de nombreuses défaillances techniques ayant été constatées notamment liées au fonctionnement du tracker. De nombreux modèles inspirés de la littérature, différents par leur forme, par le nombre et le type de variables d’entrée, ont été testés et ont montré des performances proches en termes d’erreur quadratique. Un modèle a été retenu du fait de ses performances, de sa simplicité et du faible nombre d’entrées (3 : rayonnement solaire direct, température ambiante et masse d’air atmosphérique). Ce modèle établi à partir de données mesurées sur le système CPV d’Ajaccio permet d’estimer la puissance produite avec une erreur quadratique de l’ordre de 5% sur les 2 sites d’Ajaccio et du Bourget du Lac, valeur satisfaisante pour ce type de systèmes. Ce modèle présente l’avantage d’être aisément utilisable et transposable à d’autres systèmes de technologie semblable et de ne pas nécessiter la mesure de variables liées au fonctionnement du système. Il pourrait être introduit au sein de logiciels de dimensionnement et d’estimation de la production photovoltaïque.