Durabilité des miroirs pour l'énergie solaire à concentration : étude des modes de vieillissement

Durability of mirrors for concentrating solar power : study of aging modes

• Auteur / Autrice : Coralie Avenel
• Direction : Jean-Luc Gardette, Olivier Raccurt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/10/2018
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Geneviève Chadeyron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Audrey Soum-Glaude, Sandrine Thérias
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Chailan, Yves Jourlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrales solaires

Matériaux -- Détérioration

Énergie solaire -- Recherche

Mots clés libres

Énergie solaire à concentration (CSP)

Durabilité

Miroirs

Prédiction de durée de vie

Facteurs d’accélération

Concentrating solar power (CSP)

Durability

Mirrors

Lifetime prediction

Acceleration factors

Résumé

La durabilité des miroirs solaires est un point clé pour le développement des centrales solaires à concentration, du fait de l’investissement important, des 30 ans d’opération visés et des zones d’implantations aux climats agressifs. Ces travaux de recherche portent ainsi sur l’étude des modes de dégradation et de la durabilité de miroirs solaires en verre monolithiques ou laminés. Cette thèse a permis d’appliquer avec succès au CSP une méthodologie de prédiction de la durée de vie développée dans des domaines plus matures. Les corrélations entre les vieillissements accélérés et les expositions extérieures réalisées sur trois sites ont mis en avant le rôle prédominant de l’eau et de l’irradiance dans la dégradation des peintures de protection des miroirs monolithiques. Les essais en chaleur humide ont quant à eux été jugés trop agressifs pour les miroirs, considérant de plus les conditions climatiques des sites d’application potentiels. Les résultats expérimentaux des essais de vieillissements accélérés ont conduit à la détermination des paramètres cinétiques des miroirs inclus dans les relations mathématiques modélisant les principaux facteurs de stress identifiés précédemment. Les facteurs d’accélération ont ainsi été calculés pour des essais standards par rapport à des sites comportant des centrales CSP opérationnelles. Ce travail a permis au final d’estimer des durées de vie des miroirs sur les sites choisis, en considérant que seuls les facteurs de stress étudiés intervenaient dans la dégradation.

Durability of solar mirrors is a key point for the development of concentrating solar power plants, because of the large investment, the goal of 30 years lifetime and of the implantations areas with hostile climates. This research work concerns the study of degradation modes and of monolithic or laminated glass solar mirrors durability. This thesis allows to successfully apply to CSP a lifetime prediction method already developed in more mature fields. Correlations between accelerated ageing tests and natural outdoor exposures performed on three sites evidence the predominant role of water and irradiance in protection paints of monolithic mirrors degradation. Damp heat tests were evaluated too aggressive for mirrors, considering thus the climatic conditions of potential application sites. Experimental results of accelerated ageing tests lead to the determination of kinetic parameters included in mathematical relationships modelling the main stress factors previously identified. Acceleration factors were then calculated for standard tests compared to sites with operational CSP plants. This work finally allows to estimate lifetimes of mirrors on specific sites, assuming that only the studied stress factors take part in degradation.