Suject Contribution à l’amélioration des chaînes de conversion photovoltaïques par l’introduction d’architectures distribuées
Organisme : HABILITATION A DIRIGER LES RECHERCHES
Ecole : Université Paul Sabatier
Département :

Introduction :

Lʹénergie solaire photovoltaïque est une forme dʹénergie renouvelable permettant de produire de lʹélectricité par transformation dʹune 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.

Lʹélectrification par lʹénergie solaire photovoltaïque est une solution alternative pour un habitat en site isolé, éloigné du réseau électrique. Elle permet de couvrir les besoins domestiques dʹune 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 dʹélectricité. Toute personne disposant dʹun habitat résidentiel, dʹun bâtiment communal ou dʹun autre lieu dʹimplantation susceptible de recevoir un champ de modules photovoltaïques, peut devenir un producteur dʹénergie renouvelable en injectant toute ou partie de lʹélectricité localement produite dans le réseau de distribution public. Chaque pays s’approprie ce potentiel énergétique en fonction des politiques incitatives liées au prix de rachat de l’électricité. En 2010, pour la France, EDF achète systématiquement lʹénergie ainsi produite à des tarifs préférentiels, définis dans le cadre réglementaire fixé par les pouvoirs publics. Cependant, à ce jour, le développement massif du solaire photovoltaïque, en tant que moyen de production dʹélectricité raccordé au réseau, reste pénalisé par son coût de production encore très élevé. C’est dans ce contexte que se situent les travaux de recherche présentés dans cette habilitation à diriger des recherches.

Dans le premier chapitre, pour mieux comprendre la nécessité d’efforts en recherche à accomplir dans le domaine du photovoltaïque, nous montrons le positionnement de l’énergie photovoltaïque dans le panorama de la production d’électricité en précisant les différents constituants d’une chaîne de conversion photovoltaïque.

Depuis 1996, les recherches se sont orientées sur lʹOptimisation, la Gestion et le Traitement de lʹEnergie, et plus particulièrement sur lʹoptimisation de chaines modulaires de conversion dʹénergie photovoltaïque, en complémentarité avec la communauté scientifique française, majoritairement orientée vers la synthèse de matériaux et le développement de nouveaux types de cellules. Lʹobjectif est de concevoir, réaliser et caractériser des systèmes en liaison avec un aspect intégration technologique fort.

Actuellement, différentes architectures de gestion photovoltaïque sont proposées sur le marché et permettent de valoriser plus ou moins bien la production énergétique d’origine photovoltaïque. Nous nous consacrerons dans le deuxième chapitre aux architectures de conversion DC‐DC discrétisées, permettant d’apporter une solution technologique novatrices en termes d’amélioration du rendement de la chaîne de conversion, avec une volonté forte d’intégration de l’ensemble. Après avoir rappelé le concept et la validité du concept de discrétisation, nous nous focaliserons sur l’étude d’un micro‐ convertisseur pour une cellule photovoltaïque Tandem. On notera que ces premières recherches nous ont permis de visualiser dans sa globalité les problèmes liés à la gestion de l’énergie photovoltaïque et d’en tirer des conclusions en termes d’intégrabilité du système de conversion au plus près de la production.

Dans une dernière partie, nous proposons diverses perspectives de recherches inhérentes à la thématique du photovoltaïque que nous comptons mener dans le futur en collaboration avec la communauté photovoltaïque, afin de continuer à augmenter les performances de ce type de source. Bien que la fourniture d’énergie décentralisée comporte de nombreux avantages, la transition vers un « smart grid » représente plusieurs défis. Un des enjeux majeurs des réseaux dʹélectricité de demain consiste en l’assimilation de la production dʹélectricité intermittente. Le développement des énergies renouvelables, sources de production dʹélectricité 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 dʹénergie 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 dʹélectricité dʹorigine renouvelable, notamment par l’introduction de moyens de stockage. Pour valider notre approche qui se veut globale sur la problématique de l’énergie, 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.