Architectures évoluées pour la (l’inter-) connexion des énergies renouvelables
Les premiers travaux de l’équipe ont porté sur l’étude et le développement de composants électroniques pour les ER, en particulier la caractérisation et la modélisation des modules PV et la réalisation d’élévateurs de tension. L’objectif est de permettre l’optimisation individuelle de la production de chaque module PV d’une installation remplaçant ainsi les classiques associations série de modules. Ainsi, l’installation PV devient moins sensible aux disparités de fabrication et phénomènes d’ombrages, autorise le panachage de panneaux de puissances et de technologies différentes (silicium, tellurure de cadmium, organiques, etc…) tout en apportant plus de souplesse pour la maintenance et la sécurité, par exemple en cas d’incendie. Dans le futur projet, de nouvelles architectures seront exploitées et développées pour une mise en parallèle plus large d’une brique éolienne et des briques de stockage (batterie, supercondensateur, électrolyseur, etc.) pour la gestion de l’énergie.
Fiabilité et efficacité énergétique
Des études de l’électronique de puissance à base de composants semi-conducteurs grands-gaps (GaN ou SiC) intégrés aux systèmes d’ER sont d’ores et déjà envisagées. Elle sera évaluée de manière comparative à celle utilisant des semi-conducteurs conventionnels au silicium. L’objectif est de favoriser une compacité de la structure, une simplification du dissipateur thermique et l’obtention d’un rendement maximal pour les convertisseurs d’interconnexion. Le GaN et SiC seraient moins contraints au niveau thermomécanique et donc présenteraient une durée de vie plus longue, ainsi qu’une fiabilité renforcée. De nombreuses études restent à mener pour vérifier cette hypothèse. Un projet incitatif et collaboratif a démarré sur cette problématique au 1 octobre 2021 portant sur un convertisseur de type DC/DC avec une topologie élémentaire intégrant des composants semi-conducteurs en GaN, en collaboration avec l’institut FEMTO-ST/FCLAB et le laboratoire LEMTA.
Caractérisation, diagnostic des sources d’énergies renouvelables et des unités de stockage
Basé sur les architectures développées, de nouvelles fonctions de caractérisation (e.g., spectroscopie d’impédance électrochimique) seront intégrées. L’objectif principal est de permettre l’identification des paramètres d’impédance interne des sources ER et des unités de stockage (Thèse en cours de Xin Wang). Les nouveaux développements permettront une investigation préliminaire des défauts ou dégradations des modules (cellules et panneaux) PV, des batteries, des supercondensateurs ainsi que des semi-conducteurs d’interconnexion permettant d’aboutir à une signature de défauts surfaciques ou internes des différentes sources, convertisseurs et unités de stockage. Cette solution qui est déjà explorée dans l’équipe pour les modules PV, en particulier dans le cadre d’une ANR (étude de l’interaction toiture-panneau PV), sera étendue aux autres sources et unités de stockage afin de caractériser et effectuer un diagnostic de l’état de santé des sources et des convertisseurs par l’analyse fréquentielle spectrale en temps réel.