Les travaux de recherche de la thématique OSED (Optimisation des Système Energétiques Durables) ont pour objectif l’intégration des énergies renouvelables à l’échelle d’un habitat dans un contexte d’autoconsommation ou en appui à un réseau énergétique de puissance pour en améliorer la résilience.

Un premier axe de travail vise à assurer la durabilité des sources d’énergie durable (principalement photovoltaïque) par une meilleure connaissance des différents modes de vieillissements des systèmes et de leurs effets sur la conversion énergétique.

Un second axe de travail élabore des stratégies de gestion de productions/consommations d’un bâtiment à partir de systèmes multi-sources et multi-énergies. Elles se basent sur les connaissances des contraintes intégrées aux modèles prédictifs des besoins énergétiques et des productions énergétiques localisées. Un des aspects étudiés porte sur la faiblesse des réseaux électriques ainsi que l’impact des énergies renouvelables dans le renforcement de leurs résiliences à travers notamment l’ autoconsommation individuelle ou collective. Ce travail est soutenu par une caractérisation comportementale des unités de stockage et des sources de production (photovoltaïque, éolienne, groupe électrogène, …) sous contraintes et selon différents scenarios d’usage.

La thématique OSED a été créée en 2011 en s’appuyant sur les compétences transversales de la 62ième section (Énergétique, Génie des procédés) et de la 63ième section (Génie électrique, électronique, photonique et systèmes).

Elle mène ses activités sur deux sites (IUT Créteil-Vitry et IUT Sénart-Fontainebleau) et dispose à ce jour de deux plateformes technologiques : OSED – AGING pour la caractérisation du vieillissement des systèmes à énergie durable et OSED-GRIDEV pour la conception de systèmes autonomes ou interconnectés en mini/micro réseaux.

Vieillissement des systèmes

Enceintes de vieillissement accéléré

Nous étudions le vieillissement des modules photovoltaïques (PV) à base de silicium cristallin via une approche multi-matériaux afin de déterminer les mécanismes de dégradation et proposer des solutions technologiques améliorant la durabilité de tels systèmes. Pour cela, des tests de vieillissement accéléré (exposition aux UV et chaleur humide) sont appliqués sur chacun des matériaux composant un module PV standard (verre, polymère, semi-conducteur et métal). Les propriétés fonctionnelles sont ensuite caractérisées (transmittance, rendement quantique, rendement électrique etc…). Le suivi de l’évolution dans le temps de ces propriétés permet alors de définir les lois de vieillissement.

Banc de caractérisation des panneaux PV

Ces lois sont ensuite intégrées à un simulateur permettant de projeter les performances dans le temps d’une installation photovoltaïque pour des zones géographiques d’implantation ciblées. L’accent est mis sur les lois de vieillissement à considérer, les équivalences en temps ainsi que sur les conditions environnementales et d’usage. En outre, des modèles fins de dégradations sont établis pour mieux prendre en compte l’impact de certains défauts (fissuration par exemple) sur les taux de dégradation de puissance. A terme, les écarts constatés entre le modèle et les données de production permettront d’identifier les facteurs de faiblesses de l’installation et d’y pallier.

Assurer la durabilité en exploitation des systèmes photovoltaïques suppose de disposer de moyen de contrôle des dégradations induisant leur vieillissement. Dans un panneau photovoltaïque, les cellules sont protégées des agressions environnementales par une plaque de verre. Certains modes de dégradation ont des effets réversibles sur le verre (salissures, ombrages…) tandis que d’autres modes produisent des modifications irréversibles (hydratation du verre, migration ionique, érosion due aux aérosols, fissures,…). Ces effets étant quantifiables par émissivité apparente, le suivi dans le temps de cet indicateur permet à terme de décider du maintien ou du remplacement des unités de production PV sur critère de seuils.

Micro-Réseaux intelligents

Dans cet axe, il s’agit d’élaborer des systèmes intégrant les énergies renouvelables dans un contexte d’autoconsommation ou dans un contexte de substitution progressive des sources d’énergies fossiles. La qualité recherchée chez ces micro-réseaux demeure leur résilience face à l’intermittence des sources énergétiques.

L’intégration des sources d’énergies renouvelables sous forme de micro-réseaux intelligents, urbains ou ruraux incluant des unités de stockage, confèredes degrés de libertés supplémentaires aux réseaux électriques traditionnels dans une perspective de sobriété et d’efficacité énergétiques.

Néanmoins, cela induit aussi des contraintes majeures dont la maîtrise s’avère indispensable pour un meilleur déploiement des solutions technologiques envisageables dans le but de minimiser le coût global de possession.

Plusieurs paramètres déterminent l’architecture du système tant au niveau local que global. Il s’agit particulièrement de la localisation des sites de production et de consommation, du poids et de la nature des différentes demandes, des conditions climatiques, de l’échelle spatiale, du type de réseau électrique existant et des critères de distribution (priorités, corrélations production-consommation, disponibilité, …), etc.

Par contre, les études scientifiques et techniques restent très limitées sur les avantages énergétiques, sur les contraintes techniques et sur les solutions technologiques dont le déploiement à grande échelle pourrait être optimisé lorsque les réseaux électriques d’interconnexion sont suffisamment robustes et résilients.

Une étude comparative entre les structures des réseaux électriques « traditionnels » et les réseaux « électriques décentralisés » a été menée afin de définir les critères et contraintes relatifs à chaque configuration puis des stratégies d’optimisations multicritères, basées sur une grille d’analyse, ont été appliquées sous différents scenarios de production et consommation. Une méthodologie d’aide au dimensionnement des systèmes d’énergies renouvelables, associés au stockage, candidats au renforcement de la résilience des réseaux a été élaborée.

Moyens Matériels

La thématique OSED s’appuie sur deux plateformes expérimentales :

  • Plateforme OSED-AGING :

La plateforme dispose de moyens de vieillissement accéléré, de caractérisation de cellule photovoltaïques et d’un banc développé en interne pour la quantification sans contact du vieillissement des systèmes parle mesurage de leur émissivité apparente.

La plateforme comporte principalement :

  • une enceinte climatique Binder de 115 litres utilisée pour le test de vieillissement en chaleur humide (gamme en température : -40°C à 180°C, gamme en humidité : 10 à 98 HR),
  • un insolateur UV (Filtre UV : UVA ou UVA+UVB) utilisé pour le test de vieillissement UV et d’un radiomètre UV ILT 1700 pour sa calibration,
  • un simulateur solaire 1000 W utilisé pour insoler les cellules photovoltaïques dans des conditions standards et un système de mesure I-V Keithley servant à la caractérisation électrique de cellules photovoltaïques,
  • un banc de caractérisation d’émissivité apparente LWIR 20°C – 500°C permet de quantifier l’émissivité apparente d’échantillons de 4´4 cm² avec une exactitude de 0,5% et une résolution de 0,2% dans la gamme d’émissivité [0.1 – 1].
  • Plateforme OSED-GRIDEV :

La plateforme élabore des stratégies de gestion de productions/consommations d’un bâtiment à partir de systèmes multi-sources et multi-énergies. Elle est deployée sous forme de plusisuers micro-réseaux interconnectés au réseau électrique national avec une possibilité de fonction en ilôté pour l’ensemble des micro-réseaux pour par système individuel. Cela permet d’étudier différents scenarios de fonction et de tester la résilience à l’intermittence des sources mises en réseau pour satisfaire les besoins en autoconsommation ou en appui à un réseau de puissance infinie interconnecté.

La plateforme est principalement constituée

  • d’un système solaire de production d’eau chaude sanitaire intégrant des panneaux solaires thermiques (tubes à vide), des ballons de stockage d’eau chaude et d’une pompe à chaleur,
  • d’un système photovoltaïque (3kW) et d’une éolienne (3kW),
  • d’un convertisseur multifonctions associé à des batteries lithium-ion de 5kWh réalisant un système autonome intégrant les sources d’énergie renouvelable,
  • d’un système de connexion au réseau électrique ou à un groupe électrogène en télégestion SCADA (système of control and data acquisition) en interface Web.
  • de différentes sources de puissances et charges électriques programmables
  • de bancs d’entrainement machines par MicroLabBox de Dspace dediés aux simulations temps réels HIL (Hardeware In the Loop)

Membres de la Thématique OSED

  • Mahamadou ABDOU-TANKARI, Maitre de conférences, section CNU 63
  • – Fabien DELALEUX, Maitre de conférences, section CNU 62
  • – Jean-Felix DURASTANTI , Professeur des universités, section CNU 62
  • – Gilles LEFEVRE, Professeur des universités, section CNU 62
  • – Pierre-Olivier LOGERAIS, Maitre de conférences HDR, section CNU 62
  • – Olivier RIOU, Maitre de conférences hors classe, section CNU 62

La thématique OSED accueille par ailleurs régulièrement des doctorants ainsi que des professeurs invités d’universités étrangères.

OSED

  • 2023

    • Séminaire du laboratoire: Valorisation énergétique des stations d’épuration, par Luca ZANATTA, Doctorant

      Date: 6 juin 2023 de 11h à 12h à l'IUT de Sénart. Mini biographie de l’invité. A la suite d’un magistère de physique fondamentale à l’université d’Orsay, Luca ZANATTA a obtenu en 2020 un Master 2 de Physique et de l’Ingénierie des Energies à l’Université Paris-Saclay. Depuis 2021, il complète sa formation par une thèse CIFRE au sein du CERTES et en collaboration avec le SIARCE sur les questions d’optimisation énergétique des stations d’épuration. Titre du séminaire : Valorisation énergétique des ressources de stations d’épuration Résumé : La recherche de nouveaux systèmes de production d’énergie est un point culminant dans le but de satisfaire les exigences de la neutralité carbone fixée en 2050 en France. Dans ce cadre là, les stations d’épuration (STEP) font offices de bonnes candidates grâce à leur implantation sur tout le territoire ainsi que les différentes ressources transitant en leur sein. Du fait que les STEP sont différentes les unes des autres, de par leur capacité ou encore leur système de traitement, il est important dans un premier temps de quantifier ces ressources, avant de pouvoir réfléchir aux solutions de production d’énergie pouvant être mise en place. Ce travail de recherche se focalise donc sur l’identification des ressources valorisables au sein des STEP et présente un état de l’art de procédés permettant la production d’énergie à partir de ces ressources. Pour illustrer ces propos, 2 études de cas sont présentées : la première concernant la viabilité d’un procédé innovant sur une STEP rurale de petite capacité, et la seconde sur une méthode de choix entre différentes solutions basées sur le bilan carbone des procédés pour une STEP urbaine de grande capacité.   Mots clés : Valorisation énergétique ; état de l’art ; bilan carbone ; stations d’épuration. . Figure 1 : Evolution du débit journalier de la STEP de Lardy au cours d’une année Figure 2 : Représentation schématique d’un cycle ORC adapté aux conditions d’une STEP   Contact : Mustapha KARKRI                                                          Email : mustapha.karkri@u-pec.fr

    • Séminaire du laboratoire, le 04 Avril 2023. 11h -12h

      Par Julia VINCENT, doctorante Mini biographie Titulaire d’un diplôme d’ingénieur généraliste à l’EPF, avec une spécialisation en aéronautique et aérospatiale, je travaille actuellement sur les problématiques de vieillissement dans le temps des panneaux photovoltaïques. L’objectif de mon doctorat est d’étudier les dégradations de différents types de modules en silicium pour des systèmes autonomes fonctionnant à basse puissance. Ce doctorat est co-financé par l’ICAM Grand-Paris Sud et mené en collaboration avec SOLEMS et SLITE-Source, deux entreprises spécialisées dans le domaine du photovoltaïques basse puissance. Titre du séminaire : Optimisation de la durabilité de cellules photovoltaïques en silicium pour applications basse puissance La part des énergies renouvelables, et en particulier celle du photovoltaïque (PV), est en forte augmentation ces dernières années. De nombreuses problématiques se posent sur la durée de vie de ces panneaux : quels facteurs environnementaux engendrent des dégradations physiques sur les panneaux ? Comment détecter et quantifier ces dégradations ? Comment limiter la baisse du rendement énergétique en conditions extérieures ? C’est dans ce contexte que mon sujet de doctorat s’ancre. En moyenne, la durée de vie d’un panneau photovoltaïque est d’environ 30 ans. Les fabricants garantissent une perte de rendement inférieure à 20% de la puissance électrique initiale au bout de 20 à 25 ans de fonctionnement. Pour vérifier la durabilité de ces panneaux, des études en vieillissement accélérées sont réalisées. La norme IEC 61215 permet de certifier la qualité d’un panneau photovoltaïque, par sa résistance aux différents environnements extérieurs. Cette norme cadre également les protocoles des tests accélérés à réaliser pour simuler un vieillissement de 20 à 25 ans dans un environnement extérieur. La première partie de mon travail porte sur la pertinence et la sévérité des protocoles de tests accélérés sur des modules photovoltaïques. À ce sujet, la plateforme expérimentale OSED-Aging du CERTES équipée d’un simulateur solaire, d’une enceinte climatique et d’un insolateur UV permet de conduire des campagnes de tests accélérés en appliquant les protocoles de la norme IEC 61215 utilisée pour la certification des modules PV. Une étude sur les dégradations des modules commerciaux basse puissance a été menée afin de comparer différentes technologies de mini-modules en silicium en termes de durabilité en appliquant des tests sévérisés (chaleur humide étendue, pré-conditionnement UV/chaleur humide). Mon deuxième axe de recherche concerne le développement d’un nouveau concept de modules PV (Fig 2). Il s’agit de cellules de technologie IBC qui sont interconnectées via un circuit imprimé (PCB) et une soudure composant monté en surface (CMS). Le processus de fabrication a été maîtrisé pour un premier lot de cellules PV et les observations d’une étude de fiabilité en cours sont montrées. Mots clés : Photovoltaïque – tests accélérés – silicium – PCB – cellules PERC et IBC

        Contact: Mustapha KARKRI                                                                                                       Email : mustapha.karkri@u-pec.fr

    • 2nd International Workshop on Healthy, Energy Efficiency & Intelligent Building Systems (HEIBS)

      CALL FOR PAPER - 2nd International Workshop on Healthy, Energy Efficiency & Intelligent Building Systems (HEIBS) FRANCE Le laboratoire CERTES organise au Campus centre de l’UPEC du 4 au 6 Juillet 2023 en mode hybride (présentiel et en ligne), la 2nde édition du International Workshop on Healthy, Energy Efficiency & Intelligent Building Systems (HEIBS). Le workshop est organisé en collaboration avec la School of Architecture de l’Université de Tsinghua (Chine) et le State Key Laboratory Cultivation Base of Architecture and Technology in West China (XAUAT, Chine), ainsi que plusieurs laboratoires français (ESTACA, ESTIA, ECAM, ICAM, Université Le Havre Normandie). Site web : https://heibs-france.sciencesconf.org/ Topic 1: Healthy and comfort in building, Topic 2: Design and Operation for Green Building and Eco-Community, Topic 3: Renewable Energy and Zero Energy Building Topic 4: Materials for green building Topic 5: Interactions between electric vehicle and green building (V2B)

      Deadlines

      Submissions Deadline : April 30th, 2023 (Abstract : 3 to 8 pages) Notification of acceptance : May 15th, 2023 Final Version of Accepted Submissions Deadline (Extended Abstract : 5 to 8 pages according to the template) : Juin 15th, 2023 Référents locaux : "Mahamadou Abdou Tankari" mahamadou.abdou-tankari@u-pec.fr  et "Mustapha Karkri" mustapha.karkri@u-pec.fr  

    • 11th IEEE International Conference on Smart Grid

      Call for paper - 11th IEEE International Conference on Smart Grid 4-7 June 2023, Paris, France Après avoir organisé la 8ième édition en 2020 à Paris, le laboratoire CERTES organise au Campus centre de l’UPEC du 04 au 07 Juin 2023 en mode hybride (présentiel et en ligne), la 11ième IEEE International Conference on Smart Grid. La conférence labélisée par IEEE est organisée en collaboration avec l’Université Le Havre Normandie, L’Université Nisantasi (Turquie) et l’Institut des Sciences Appliquées de Nagasaki (Japon), ainsi que plusieurs laboratoires français (ESTACA, ESTIA, ECAM, ICAM). Tous les articles retenus et présentés seront indexés sur le site de IEEE (https://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp).   Site web : https://www.icsmartgrid.org/ Topics : Successful applications of smart grid Integration of renewable energy sources to smart grid Production of energy using smart grid technologies > Hybrid smart grid energy system technologies Novel energy conversion studies in smart grid systems Control techniques for smart grid energy systems Performance analysis of smart grid energy systems under different loads Computational methods and artificial intelligence studies in smart grids Optimized power delivery and generation Self-healing Distributed Power Energy Systems and Sources, Renewable Energy, Conventional Power Sources New Trends and Technologies for Smart Grid Policies and Strategies for Smart Grid Microgrids for transportation electrification Energy Transformation from Renewable Energy System to Smart Grid HVDC for Smart Grid Power Devices and Driving Circuits for Smart Grid Decision Support Systems for Smart Grid ICT, IoT, Real-time monitoring and control Applications for Industries Smart Grid for Electrical Vehicles and Components Energy Management Systems, etc. Future Challenges and Directions for Smart Grids   Abstract Submission Date: 2023-04-15 Full Paper Submission Date:2023-04-15 Notification of Acceptance Date:023-05-10 Final Paper Submission Date:2023-05-15   Référents locaux : "Mahamadou Abdou Tankari" mahamadou.abdou-tankari@u-pec.fr  et "Gilles Lefebvre" lefebvre@u-pec.fr

  • 2022

    • Séminaire du mardi 04 octobre 2022

      Pierre-Olivier LOGERAIS Maître de conférences HDR en énergétique Le mardi 4 octobre 2022. 11h -12h    
      Mini biographie de l’invité À la suite d’une thèse de doctorat sur l'optimisation des transferts radiatifs d'un système thermique rapide pour la microélectronique en 2007 et de deux années d’ATER en mécanique des fluides à l’ENSAM d'Angers, Pierre-Olivier LOGERAIS a été nommé Maître de Conférences à l'IUT de Sénart-Fontainebleau en 2009. En parallèle à des travaux sur la modélisation des transferts d'énergie et de masse à des fins d’optimisation qui ont fait l’objet de son HDR soutenue en 2016, il pilote depuis 2010 au sein de la thématique OSED du CERTES une recherche sur l’impact de l’environnement d’exploitation sur la performance des systèmes photovoltaïques.   Titre du séminaire : Étude de l'évolution de performance énergétique des systèmes photovoltaïques dans différentes conditions de vieillissement   Lien vers le PDF   Résumé : Les systèmes photovoltaïques sont déployés dans des contextes très différents en termes de taille, d’utilisation et d’environnement. Cette grande variabilité a une influence importante sur leurs performances et leur durabilité, et donc leur rendement, notamment dans des environnements hostiles (chaleur humide, irradiations dans l’espace, insolation UV élevée…) les exposant à des dégradations sévères (opacification, corrosion, délamination, recombinaisons dans le semi-conducteur…). L’objectif de cette recherche est de mieux comprendre l’influence des conditions d’exploitation (lieu, climat, durée, utilisation) sur les performances énergétiques d’un système photovoltaïque donné. L’approche consiste à identifier les modes de dégradation aux différentes échelles et à leur associer une ou plusieurs lois de vieillissement déterminées par l’analyse de données expérimentales : historiques de monitoring de centrales PV, caractéristiques I-V après tests accélérés ou relevés de mesures in-situ, mesures spectroscopiques des niveaux profonds (DLTS). Une fois établie la loi décrivant la variation temporelle d’un paramètre du système, elle peut être introduite dans un modèle dynamique permettant de mener des études de sensibilité ou de projeter les performances sur une utilisation à long terme, afin d’orienter en particulier le choix des modules photovoltaïques suivant l’environnement.   Mots-clés : systèmes photovoltaïques ; performance ; lois de dégradation ; vieillissement.  
      Figure 1 : Impact du vieillissement et de la température sur la caractéristique puissance-tension d’un module PV en Si connecté au réseau pour 20 ans de fonctionnement avec des lois de dégradation issues de tests accélérés. Figure 2 : Dégradation de performance d’une cellule PV en AsGa d’un satellite géostationnaire sous une irradiation d’électrons et de protons.
      Contact : Mustapha KARKRI                                                          Email : mustapha.karkri@u-pec.fr

    • Projet MCP+ lauréat du CORAM 2021

      Le CERTES coporte le Projet « MCP+ » qui fait partie des 8 lauréats du CORAM 2021 (Comité d’orientation pour la recherche automobile et mobilité) annoncés le 28/01/2022 par Monsieur Bruno Le Maire, ministre de l’Economie, des Finances et de la Relance. Le projet consiste à développer un système de stockage et de gestion de l’énergie sur un véhicule automobile électrique à partir de modules échangeurs basés sur l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) de façon à augmenter l’autonomie et la qualité des véhicules électriques. Il démarrera dès février 2022 et bénéficiera d’un financement du 4ème Programme d’investissements d’avenir (PIA) à hauteur de 2,8 millions d’euros. Il est copiloté à l’UPEC par deux enseignants-chercheurs du laboratoire CERTES de l’IUT de Créteil-Vitry, Mustapha Karkri et Mahamadou Abdou Tankari.  Lien présentant les 8 projets retenus  (Consortium : Ariamis Engineering, Areelis Technologies, E4V, Mann Hummel, Université Paris-XII et ESTACA) 

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