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Résultats / Travaux
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Sciences pour l'ingénieur >> Energie, thermique, combustion, écoulements
6 propositions.
Modélisation numérique des phénomènes de transport solutal et mise en ?uvre d'un système de brassage dans un dispositif pilote de cristallisation de silicium pour applications photovoltaïques
Aujourd'hui, les cellules photovoltaïques sont majoritairement fabriquées sur des substrats de silicium. La filière la plus courante met en jeu la solidification directionnelle de lingots à partir d'un bain liquide. Ces lingots sont ensuite découpés en plaquettes qui sont transformées en cellules photovoltaïques. L'objectif principal de recherche dans le domaine vise à la réduction des coûts de production avec deux tendances majeures : une taille de lingot de plus en plus importante et l'utilisation d'un silicium de moindre qualité que le standard électronique. Dans ce cadre, la question du contrôle de la convection dans le bain de silicium se pose de façon déterminante, notamment pour ce qui concerne la ségrégation des impuretés. L'objet de la thèse est d'optimiser le champ de convection dans le bain fondu lors de la croissance des lingots de silicium par solidification dirigée. Le candidat devra dans un premier temps identifier les méthodes les plus appropriées. Puis il devra mettre en ?uvre un dispositif expérimental en eau permettant de caractériser qualitativement et quantitativement l'écoulement généré. Enfin, il devra développer les modèles de simulation numérique correspondants et utiliser les mesures expérimentales comme base à l'ajustement paramétrique.
Voir le résumé de l'offreMesure embarquée large bande de l'impédance électrique - application aux batteries
Le cadre de l'étude est celui du monitoring de l'état (charge, vieillissement, sécurité) d'une batterie d'un véhicule électrique. La thèse vise l'identification embarquée de l'impédance électrique de la batterie en tenant compte des non linéarités du système. Cet objectif doit permettre de dépasser les limites des systèmes de mesures existants (spectroscopie, identification large bande linéaire). Le travail de conception de l'architecture du système d'identification et des algorithmes de traitement, ainsi que les tests se feront en étroite collaboration avec le LITEN, laboratoire du CEA développant des accumulateurs et des batteries innovants.
Voir le résumé de l'offreEtude de l'effet de la pression sur l'Electrolyse de la Vapeur d'Eau à Haute Température (EVHT) pour produire de l'hydrogène et stocker les nouvelles énergies intermittentes
Dans une perspective de réduction des émissions de CO2, l'Electrolyse de la Vapeur d'eau à Haute Température (EVHT) est une voie alternative pour la production massive d'hydrogène et le stockage des énergies intermittentes. Ce procédé fonctionne à des températures élevées (>700°C). Le passage en phase vapeur et la montée en température de l'étape d'électrolyse permettent de diminuer la quantité d'énergie électrique consommée par la réaction d'électrolyse. La substitution d'une partie de l'énergie électrique totale par de l'énergie thermique, moins onéreuse, se solde par un gain sur le coût énergétique du procédé. De plus, la montée en pression de ce procédé d'électrolyse est d'un intérêt majeur. Elle devrait permettre, d'une part à l'échelle de la cellule électrochimique, d'augmenter les performances, et d'autre part à l'échelle du système, d'éviter l'étape coûteuse de compression de l'hydrogène produit. Le CEA a pour ambition de faire la démonstration de l'intérêt de cette montée en pression. Le travail proposé s'inscrit dans le cadre de cette action en utilisant les moyens d'essais d'électrolyse sous pression déjà mis en place. Cette thèse prévoit une partie expérimentale visant à recueillir des données d'électrolyse sous forte pression (30 bars), une partie caractérisation microstructurale des cellules utilisées et une partie modélisation.
Voir le résumé de l'offreDéfinition et mise en place de protocoles destinés à l'évaluation énergétique des bâtiments et à l'information de leurs utilisateurs
La complexité des bâtiments ne permet pas d'envisager de maitriser totalement la connaissance du niveau de consommation par la simulation numérique ni d'évaluer le comportement par la mesure. Une solution de compromis consiste à coupler la simulation simplifiée en temps réel avec une métrologie limitée ce qui permet ensuite de caler les outils de simulation sur les résultats de mesure et ainsi de connaitre l'évolution de l'ensemble des variables pertinentes. Le travail consistera à définir des scenarii de sollicitation de bâtiments par des protocoles conventionnels permettant de caractériser leur comportement. La démarche sera ensuite testée dans le cadre de la compétition du solar decathlon 2014 qui a pour objet de comparer des bâtiments performants sollicités de manière identiques et permettra aux acteurs du bâtiment de développer la démarche de garantie de performance indispensable si l'on souhaite réduire de façon substantielle les consommations des bâtiments neufs ou fraichement réhabilités.
Voir le résumé de l'offreMéthodes d'interconnexion de cellules photovoltaïques à haut rendement : choix des matériaux et procédés, caractérisation des performances et durée de vie.
L'INES développe de nouvelles architectures de cellules photovoltaïques à haut rendement. Les recherches effectuées à l'INES ont permis d'obtenir parmi les meilleurs résultats au niveau mondial sur ce type de cellule. Il convient maintenant d'optimiser leur mise en module pour conserver des rendements élevés. La mise en modules des cellules permet leur utilisation sous forme de panneaux photovoltaïques. De façon standard, elle consiste à connecter les cellules en série puis réaliser un empilement verre / résine d'encapsulation / cellules interconnectées / résine d'encapsulation / polymère laminé permettant de protéger les cellules des agressions extérieures. L'un des points clés concerne l'interconnexion des cellules, les matériaux utilisés pour les cellules haut rendement nécessitant le développement de nouvelles techniques d'interconnexion. Ces dernières font l'objet de la thèse. Des solutions innovantes de collage et/ou de soudure seront étudiées. Les matériaux et procédés les plus adaptés devront être développés et évalués : compatibilité avec les matériaux des cellules et d'encapsulation, caractérisation des performances électriques et fiabilité des assemblages obtenus après mise en module puis après vieillissement accéléré. L'objectif est de conserver un rendement élevé au niveau du module et de garantir une durée de vie de 25 à 30 ans. Il s'agit d'un travail essentiellement expérimental, de mise en ?uvre de procédés et de caractérisation.
Voir le résumé de l'offreElectronique d'intelligence embarquée pour l'équilibrage des modules photovoltaïques à concentration
Dans un contexte énergétique de plus en plus complexe, les énergies renouvelables sont en plein essor de par une volonté économique et politique. Cette dynamique permet l'émergence de nouveaux marchés et de nouvelles technologies comme le photovoltaïque. Parmi ces technologies, le CEA-INES développe depuis quelques années des technologies dites de photovoltaïque à concentration (CPV). Le CPV utilise des systèmes optiques qui concentrent une grande quantité de lumière sur des cellules photovoltaïques de tailles réduites. L'utilisation d'éléments optiques implique que ces technologies soient orientées de façon précise vers le soleil par des systèmes de suivi nommés trackers. Les technologies CPV sont récentes et encore peu implantées par rapport au photovoltaïque classique mais représentent une solution prometteuse avec un fort potentiel de rendement (aujourd'hui déjà deux fois supérieur aux technologies photovoltaïques classiques). Dans les modules CPV, les cellules sont montées en série et possèdent toutes une diode dite de « by-pass » servant à déconnecter celles pouvant présenter des performances réduites par rapport aux autres. Aussi, de par les difficultés de montage, des inhomogénéités de performances peuvent apparaître entre les différents couples optique / cellule. Dans le cas de grandes différences de performances, certaines cellules seront donc déconnectées. Ceci empêche l'extraction de la puissance maximale d'un module CPV, composé d'un assemblage de plusieurs cellules, et les pertes d'énergie produite peuvent être très importantes. Les modules CPV présentant l'avantage d'être volumineux avec 85% d'air, il apparait alors clair que des fonctionnalités nouvelles peuvent y être ajoutée, aussi bien physiquement que techniquement. Nous proposons donc, dans le cadre de cette thèse, de travailler sur le développement d'une électronique intelligente qui permettra de faire fonctionner chaque cellule des modules CPV à son point de puissance maximum au lieu de simplement les déconnecter. Cette étage de conversion pourra de plus avoir des fonctions « tampons » pour absorber les chutes de production d'énergie dues au passage d'un nuage et fortement contraignantes pour les onduleurs. A la fin de cette thèse, un prototype sera fabriqué et testé en conditions réelles sur les installations de l'INES du Bourget-du-Lac et de Cadarache. Ces travaux de thèse étant très prospectifs, il existe dans ce cadre un fort potentiel d'innovation devant se traduire par le dépôt de plusieurs brevets et publications très rapidement. De plus, ils consisteront également en la mise au point d'un prototype complet, présentant le meilleur compromis en termes de durée de vie et de performances.
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