Expériences de recherche en éco-conception dans le domaine du Génie Electrique

National audienceQue ce soit en génie électrique ou dans tout autre domaine, l'écoconception est un très vaste sujet. Les travaux de recherche, que nous avons menés durant les quelques années passées et que nous poursuivons actuellement, n'en abordent qu'un volet très limité, celui que nous avons qualifié d'écodimensionnement. En effet, nous ne nous sommes penchés que sur la recherche de méthodologies d'optimisation de paramètres dimensionnels ou de matériaux en vue de trouver un optimum sur cycle de vie pour des produits dont nous ne remettons pas en question (pour l'instant) les procédés de fabrication, les architectures, les usages, etc. Les domaines traités ici sont : les transformateurs électromagnétiques, les moteurs électriques, les systèmes phovoltaïques autonomes et la distribution en courant continu dans les bâtiments

Optimisation des profils de consommation pour minimiser les coûts économique et énergétique sur cycle de vie des systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides - Evaluation de la technologie Li-ion

With the intention of determining the optimal sizing on the life cycle of stand-alone and hybrid photovoltaic systems, two different ways have been investigated within the framework of this thesis. Firstly, the action on the load profile which allows us to get a closer perspective of the ideal solar behaviour of the consumer has been studied. With the same energetic service supplied to the consumer, important profits in terms of the life cycle economical or energetical costs have been put forward notably by the downsizing of the storage system. In parallel, a technological Li-ion accumulator, innovative to these photovoltaic systems, has been assessed by using the primary energetic costs of the photovoltaic system on life cycle including the ageing of its components. Due to better ageing characteristics and energetic efficiency, results have shown that Li-ion technology could impose itself in the near future as a serious competitor to Lead-Acid technology universally used at present in such systems. This work, which concentrates on low scale systems, prefigures the future of smart-grids allowing us to exploit more massively renewable energy resources such as solar and wind energy which is widely available.Dans l'optique de mieux dimensionner, sur l'ensemble de leur cycle de vie, les systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides, les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont concerné deux principales voies. Tout d'abord, l'action sur le profil de consommation, permettant de se rapprocher du comportement solaire idéal du consommateur, a été étudiée. A même service énergétique rendu au consommateur, des gains importants, que ce soit en termes de coûts économiques ou énergétiques sur cycle de vie ont pu être mis en avant notamment par la minimisation du recours au stockage. Parallèlement, une technologie d'accumulateurs Li-ion, innovante dans le cadre de ces systèmes, a été évaluée sur la base du coût énergétique primaire global du système sur son cycle de vie, donc incluant le vieillissement de ses composants. Les résultats ont montré qu'en raison d'une meilleure durée de vie et de plus faibles pertes énergétiques, cette technologie fait figure à moyen terme de concurrent sérieux de la technologie Plomb-Acide universellement utilisée à l'heure actuelle. Ces travaux concernant des systèmes à petites échelles préfigurent ce qu'il sera possible de faire à plus grande échelle dans les « réseaux intelligents » qui permettront d'exploiter plus massivement les ressources renouvelables comme le soleil et le vent, très largement disponibles

Optimisation des profils de consommation pour minimiser les coûts économique et énergétique sur cycle de vie des systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides - Evaluation de la technologie Li-ion

With the intention of determining the optimal sizing on the life cycle of stand-alone and hybrid photovoltaic systems, two different ways have been investigated within the framework of this thesis. Firstly, the action on the load profile which allows us to get a closer perspective of the ideal solar behaviour of the consumer has been studied. With the same energetic service supplied to the consumer, important profits in terms of the life cycle economical or energetical costs have been put forward notably by the downsizing of the storage system. In parallel, a technological Li-ion accumulator, innovative to these photovoltaic systems, has been assessed by using the primary energetic costs of the photovoltaic system on life cycle including the ageing of its components. Due to better ageing characteristics and energetic efficiency, results have shown that Li-ion technology could impose itself in the near future as a serious competitor to Lead-Acid technology universally used at present in such systems. This work, which concentrates on low scale systems, prefigures the future of smart-grids allowing us to exploit more massively renewable energy resources such as solar and wind energy which is widely available.Dans l'optique de mieux dimensionner, sur l'ensemble de leur cycle de vie, les systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides, les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont concerné deux principales voies. Tout d'abord, l'action sur le profil de consommation, permettant de se rapprocher du comportement solaire idéal du consommateur, a été étudiée. A même service énergétique rendu au consommateur, des gains importants, que ce soit en termes de coûts économiques ou énergétiques sur cycle de vie ont pu être mis en avant notamment par la minimisation du recours au stockage. Parallèlement, une technologie d'accumulateurs Li-ion, innovante dans le cadre de ces systèmes, a été évaluée sur la base du coût énergétique primaire global du système sur son cycle de vie, donc incluant le vieillissement de ses composants. Les résultats ont montré qu'en raison d'une meilleure durée de vie et de plus faibles pertes énergétiques, cette technologie fait figure à moyen terme de concurrent sérieux de la technologie Plomb-Acide universellement utilisée à l'heure actuelle. Ces travaux concernant des systèmes à petites échelles préfigurent ce qu'il sera possible de faire à plus grande échelle dans les « réseaux intelligents » qui permettront d'exploiter plus massivement les ressources renouvelables comme le soleil et le vent, très largement disponibles

Optimisation des profils de consommation pour minimiser les coûts économique et énergétique sur cycle de vie des systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides (évaluation du potentiel de la technologie Li-ion)

Dans l optique de mieux dimensionner, sur l ensemble de leur cycle de vie, les systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides, les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont concerné deux principales voies. Tout d abord, l action sur le profil de consommation, permettant de se rapprocher du comportement solaire idéal du consommateur, a été étudiée. A même service énergétique rendu au consommateur, des gains importants, que ce soit en termes de coûts économiques ou énergétiques sur cycle de vie ont pu être mis en avant notamment par la minimisation du recours au stockage. Parallèlement, une technologie d accumulateurs Li-ion, innovante dans le cadre de ces systèmes, a été évaluée sur la base du coût énergétique primaire global du système sur son cycle de vie, donc incluant le vieillissement de ses composants. Les résultats ont montré qu en raison d une meilleure durée de vie et de plus faibles pertes énergétiques, cette technologie fait figure à moyen terme de concurrent sérieux de la technologie Plomb-Acide universellement utilisée à l heure actuelle. Ces travaux concernant des systèmes à petites échelles préfigurent ce qu il sera possible de faire à plus grande échelle dans les réseaux intelligents qui permettront d exploiter plus massivement les ressources renouvelables comme le soleil et le vent, très largement disponibles.With the intention of determining the optimal sizing on the life cycle of stand-alone and hybrid photovoltaic systems, two different ways have been investigated within the framework of this thesis. Firstly, the action on the load profile which allows us to get a closer perspective of the ideal solar behaviour of the consumer has been studied. With the same energetic service supplied to the consumer, important profits in terms of the life cycle economical or energetical costs have been put forward notably by the downsizing of the storage system. In parallel, a technological Li-ion accumulator, innovative to these photovoltaic systems, has been assessed by using the primary energetic costs of the photovoltaic system on life cycle including the ageing of its components. Due to better ageing characteristics and energetic efficiency, results have shown that Li-ion technology could impose itself in the near future as a serious competitor to Lead-Acid technology universally used at present in such systems. This work, which concentrates on low scale systems, prefigures the future of smart-grids allowing us to exploit more massively renewable energy resources such as solar and wind energy which is widely available.CACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Optimisation sur cycle de vie de systèmes photovoltaïques autonomes. Influence des profils de consommation

National audienceCet article expose les résultats d'une méthode originale d'optimisation du dimensionnement, prenant en compte le fort couplage entre la capacité de stockage, la ressource énergétique intermittente (ici photovoltaïque) et la consommation fluctuante. Nous utilisons une méthode d'optimisation multiobjectifs (taux de modification du profil et coût énergétique total sur cycle de vie ou GER) pour s'orienter vers un meilleur choix des paramètres de dimensionnement et de gestion du système. Les simulations du système complet sont réalisées à partir de modèles technicoéconomiques et de profils de production et consommation horaires sur plusieurs années. L'optimisation croisée des variables de dimensionnement et de gestion de l'énergie permet de définir des stratégies spécifiques à chaque individu. Nous nous intéressons plus particulièrement ici à l'influence du profil de consommation sur l'algorithme d'optimisation et à l'influence de sa modification notamment, en recherchant des profils de consommation optimaux. This paper describes a specific design optimisation for standalone photovoltaic (PV) systems. The strong correlation between hardware design (PV, batteries and converter) and energy management are taken into account. The models featured herein (electrical, energy, and system aging) are simulated over a 15-year life cycle. The objectives (optimization criteria) considered in this approach are not limited to the classical notion of financial costs but instead encompass environmental energy costs (Global Energy Requirement, or GER), in addition to the rate of consumer satisfaction (load shedding and load modulation have been envisaged). The research of optimum consumption profiles was led in order to use it as an energy management parameter

Comparison between Lead-Acid and Li-Ion Accumulators in Stand-Alone Photovoltaic System Using the Gross Energy Requirement Criteria

International audienceThe high economic (and energetic) cost of storage accumulator system is still limiting the proliferation of SAPV system. Presently, due to its technical maturity and its low economical investment cost, the storage system universally used in SAPV market, is the lead-acid technology. Nevertheless, the advantages offered by the Lithium-ion (Li-ion) technology in terms of better charging/discharging efficiencies and ageing make Li-ion accumulators more and more envisioned in such applications. In this paper, sizing optimisations of SAPV systems have been lead for each accumulator technology considered. The photovoltaic system has been simulated hour by hour on the whole cycle life duration. Experimental outcomes, lead in order to establish a complete energetic model for Li-ion accumulators, are presented in this paper. Results have been compared using the Gross Energy Requirement (GER) criterion of the whole SAPV system. Results show that Li-ion technology allows us to reduce the energy cost of SAPV systems notably when considering a simulation duration corresponding to the expected life time of PV panels

Single Phase AC Power Consumption Profile Emulator

International audienceThis paper deals with the realization and design of a consumption profile emulator intended for the validation of different element energy models of a stand-alone wind and photovoltaic system, associated with electrochemical energy storage [1]. The emulator is designed to vary active power but in the near future it will also be used to load simulation with reactive power. Energy models are then inserted in a sizing optimization algorithm in order to minimize the Global Energy Requirement (GER) of the whole system [2]. Afterwards, we will focus on the emulator power part dimensioning and then its modelling in view of the stand-alone system controlled by an active power reference. Moreover, the digital profile generator is described. The impact on the DC bus capacitor current, caused by the frequency difference between the grid and the inverter, has also been tackled. Finally, experimental results are shown

Eco-conception: de nouveaux critères de conception en électrotechnique pour le développement durable

International audienc