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Défis technologiques >> Energie solaire pour la transition énergétique
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Modèle des pertes énergétiques dû à l'encrassement des modules PV bifaciaux et à la diminution de l'albédo induite.

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Matériaux et innovations technologiques- Science génie des matériaux

01-10-2020

SL-DRT-20-0303

eric.pilat@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La génération d'énergie à partir des technologies solaires devient de plus en plus importante et en conséquence la prise en compte sérieuse d'un problème, l'encrassement. Aujourd'hui, l'unité de mesure n'est plus le Giga Wh mais le Tera Wh et, par conséquent, le plus petit pourcentage de pertes peut générer un déficit économique considérable. Afin de réduire le coût de l'énergie produite (LCOE), les acteurs cherchent à implanter leurs installations dans les régions les plus ensoleillées, arides et malheureusement souvent très poussiéreuses. Enfin une nouvelle technologie prometteuse de cellules PV, capables de capter les photons sur les deux faces a émergé récemment et nécessite de revoir fondamentalement l'approche salissure en prenant en particulier en compte les variations d'albédo du sol. Le contexte de l'étude est favorable, car motivée par un nombre croissant de brevets et d'articles, une forte pression sur les coût du nettoyage et de la consommation d'eau et de nouvelles applications comme l'agri-PV particulièrement sensibles. Le doctorant a pour objectif principal, le développements d'algorithmes de calcul de l'impact salissure à partir des caractéristiques des champs PV, des données mesurées sur les systèmes et en prenant en compte les paramètres environnementaux influents. il identifie les meilleures méthodes et instruments de mesure pour quantifier le taux de salissure. La difficulté scientifique réside dans la diversité des matériaux concernés et le challenge consiste à appréhender et reproduire de multiples phénomènes physico-chimiques en cause dans le processus d'accumulation de la salissure.

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SMARTSOL-SiMulAtion dynamique et contRôle d'un réacteur conTinu pour la production de carburants SOLaires

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire des Systèmes Solaires et Thermodynamiques

Genie des procédés, Modélisation des procédés dynamiques

01-10-2020

SL-DRT-20-0989

nathalie.dupassieux@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Ces travaux de thèse s'inscrivent dans la problématique de la valorisation de l'énergie solaire sous forme de vecteur énergétique stockable et/ou transportable. Pour ce faire les procédés dits de thermochimie solaires, associant des technologies de concentration du rayonnement et des conversions thermochimiques de matières carbonées renouvelables ou déchets ont été retenus. Les réacteurs étudiés mettent en ?uvre de réactions endothermiques, réactions qui conduites sous apports thermiques solaires engendrent des produits dans lesquels l'énergie solaire est stockée sous forme chimique. Pour la mise en ?uvre des réacteurs de SOLAR-FUEL étudiés dans des travaux précédents (thèses, projets Carnot et européens), subsiste un verrou majeur pour le déploiement industriel lié à la nature variable de la ressource solaire qui ne permet pas a priori d'opérer de manière continu. L'objectif du projet est de proposer un procédé hybride (ressource carbonée/solaire) capable de produire en continu un solaire carburant renouvelable. Le travail de recherche s'appuiera à la fois la simulation dynamique afin d'assurer un contrôle optimal du dispositif en fonction de la ressource solaire disponible et sur une validation expérimentale. Le bilan énergétique et environnemental sera également étudié.

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Modélisations, caractérisations et optimisations du transport électronique aux interfaces des cellules PV à contacts passivants

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HETerojonction

Physique des semiconducteurs, dispositifs photovoltaïques

01-10-2020

SL-DRT-20-1015

wilfried.favre@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Réduire les pertes résistives dans les cellules PV est un levier majeur pour atteindre les rendements ultimes. Les acteurs majeurs du PV tentent de qualifier ces pertes aux différentes interfaces des dispositifs mais il n'existe pas encore de consensus pour caractériser et modéliser ces pertes de façon fiable operando: nombreuses stratégies pour la fabrication des véhicules de tests (trop éloignées du procédé cellule) et leur caractérisation (structures transverses, planaires, à l'obscurité). Ce travail s'articule autour de deux tâches principales: (i) établir une méthodologie de référence pour analyser et quantifier les pertes résistives dans les cellules PV à l'aide d'un dispositif de caractérisation innovant. (ii) développer et valider un modèle physique des interfaces et contacts. Ces nouvelles connaissances permettront d'optimiser les cellules PV silicium en fonction des conditions d'éclairement et de température, mais aussi la collecte et recombinaison des charges dans les cellules tandem.

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Mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts de volume du silicium et d'interface dans les contacts passivés des cellules PV

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire HoMoJonction

Matériaux / Physique du solide

01-10-2020

SL-DRT-20-1018

raphael.cabal@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Bien que fluctuant, le marché du photovoltaïque est toujours dominé par les technologies silicium occupant ~94 %. Les architectures de cellule homo-jonction les plus prometteuses intègrent systématiquement un contact dit « passivé » à travers un empilement de silicium poly-cristallin sur oxyde tunnel. L'hydrogénation de telles structures permet d'atteindre des rendements très performants >25%. Néanmoins, l'introduction d'hydrogène peut également mener par des effets d'accumulation aux interfaces à la délamination des couches ou à des pertes résistives dégradant significativement l'efficacité du dispositif final. Pour éviter ses effets et développer ce type de structure avec les rendements associés, il est primordial de comprendre les interactions de l'hydrogène mises en jeu et de comprendre son rôle dans les phénomènes de passivation. Cependant, l'hydrogène est un élément extrêmement difficile à caractériser de par sa nature même. Sa caractérisation représente donc un réel challenge, auquel s'ajoutent les difficultés liées à l'état de surface texturée du silicium solaire et à la configuration des interfaces poly-Si/SiOx/Si. Pour répondre à ce défi, le travail proposé ici sera de mettre en ?uvre et corréler les techniques de caractérisation, permettant à la fois de localiser et quantifier l'hydrogène dans le volume du silicium et aux interfaces des structures de contact passivés. La mise en place d'une méthodologie de caractérisation mènera à l'objectif majeur de la thèse qui est de proposer des mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts et son rôle dans la qualité des contacts passivés. Cela permettra d'ouvrir des perspectives pour le développement et l'optimisation des structures à contact passivé. Cette étude bénéficiera de l'infrastructure de réalisation des échantillons du CEA-LITEN à INES et des moyens de caractérisation de la plateforme de nano-caractérisation avec son environnement d'experts.

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Amélioration et compréhension de la tenue des générateurs solaires à base de cellule silicium sous environnement sévère

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Photovoltaïque à Concentration

01-09-2020

SL-DRT-20-1061

philippe.voarino@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La thèse s'effectuera à l'interface de plusieurs laboratoires du Département des Technologies Solaire (DTS) du CEA situé au Bourget du Lac sur le campus de l'Institut National pour l'Energie Solaire (INES). L'objectif de cette thèse est d'améliorer la tenue aux conditions environnementales (radiations, e/H+, UV, cyclage thermique) des générateurs solaires spatiaux à base de cellules solaires silicium, et de mieux comprendre les mécanismes de dégradations cellules/matériaux associés. En contrôlant finement la fabrication des cellules (dopage, impureté, architecture, etc.) et des modules (Matériaux, épaisseur, architecture, piégeage optique, etc.), il est possible d'améliorer la performance des modules Silicium en fin de vie tout en conservant un prix (?/W) compétitif, inférieur de 1 à 3 ordre de grandeur à des modules III-V spatiaux.

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Développement de modules photovoltaïques à haute efficacité intégrés aux batiments

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Modules Photovoltaïques Silicium

ingéneur généraliste, avec spécialisation matériaux, procédés, modélisation

01-10-2020

SL-DRT-20-1116

bertrand.chambion@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

Les performances des modules photovoltaïques (PV) n'ont pas cessé d'évoluer depuis quelques années pour atteindre des valeurs supérieures à 20%. Ceci a été possible par un effort important réalisé sur l'architecture des cellules solaires au travers des gains sur l'absorption de la lumière et une meilleure collecte des charges photogénérées. L'architecture des modules quant à elle, a peu changé. Il faut souligner d'une part que ces modules ont été imaginés et améliorés dans un but de fonctionner dans une configuration extérieure sous forme de champ PV, d'autre part, leur optimisation est réalisée sous conditions standards ou la température est fixée à 25°C. L'utilisation des modules pour le bâtiment (BIPV) peut considérablement diminuer leurs performances. Ceci est lié au microclimat urbain (température, rayonnement diffus environnant), à l'orientation et à l'inclinaison des composants. De plus, des conditions d'intégration non optimisées ont pour effet d'augmenter la température, ce qui rend la dépendance thermique du rendement (estimée à -0,4% par degré) beaucoup plus sensible qu'en site isolé. Aussi, l'intégration pose d'autres problèmes liés aux aspects architecturaux du bâti. En effet, la qualité des matériaux ainsi que leurs couleurs doivent être en adéquation avec l'environnement notamment pour les bâtiments anciens, avec une fonction esthétique en termes de couleur et de formes. L'objectif de ce projet de thèse est de réaliser des prototypes de modules PV intégrés, orientés sur les applications BIPV avec le phasage suivant : - Etat de l'art sur les application BIPV, matériaux, gestion en longueur d'onde, outils de modélisation thermique et thermomécanique. - Modélisation multi-échelles (cellule, module, bâtiment, quartier) pour comprendre et analyser le comportement thermique à chaque échelle et les conséquences sur les performances globales. - Définition des modules prototypes et leur réalisation sur la plateforme module du CEA INES. - Tests de vieillissement accélérés et en conditions réelles extérieures, avec monitoring des performances, puis comparaison aux solution PV standard.

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