Recherche

Le Comité de Direction a choisi de privilégier les sujets de recherche rendus possibles grâce à l’existence du Labex
(synergie entre les laboratoires et valeur ajoutée du Labex) et renforçant la collaboration entre les laboratoires membres.

DOMAINES DE RECHERCHE

1. Procédés de conversion de l’énergie solaire efficaces et à coût réduit

Ce domaine stratégique a fait l’objet d’un effort particulier dans les trois directions suivantes :

La conversion photovoltaïque sous concentration (CPV)

Les recherches portent sur le développement d’une nouvelle famille de matériaux III-V à base d’antimoniure (Sb). Les matériaux sont élaborés à l’IES et les caractérisations solaires sont réalisées à PROMES. Typiquement une cellule solaire triple-jonction est constituée des matériaux suivants : Al0,9Ga0,1As0,07Sb0,93 (cellule supérieure), the Al0,35Ga0,65As0,03Sb0,97 (cellule intermédiaire) and GaSb (cellule inférieure) avec les gaps respectifs suivants : 1.6 eV, 1.22 eV et 0.726 eV à 300 K.

Rendement de conversion calculé d’une cellule solaire triple jonction à base Sb.

Thèses :

Emmanuel GIUDICELLI
Alexandre VAUTHELIN

Outils de conception et contrôle des systèmes solaires à concentration

Le système de concentration est le premier élément de la chaine de conversion thermodynamique de l’énergie solaire. Dans ce domaine, le Labex SOLSTICE a deux actions importantes : le développement d’un logiciel de calcul des dispositifs de concentration basé sur la méthode de lancer de rayons (dénommé SOLSTICE) et la mise au point d’une méthode originale de détermination des défauts de réglage des facettes des concentrateurs (héliostats).

Chaine de conversion thermodynamique de l’énergie solaire

Thèse :

Pierre-Henri DEFIEUX

Partenariat :

Méso-Star

Les récepteurs solaires à haute température

Le récepteur solaire est un élément clé de la conversion thermique et thermodynamique de l’énergie solaire.

La conception des récepteurs solaires et les problématiques scientifiques et technologiques associées dépendent du fluide de transfert utilisé. SOLSTICE s’intéresse particulièrement aux récepteurs solaires à haute température constitués de mousses céramiques (fluide de transfert = air) et de tubes (fluide de transfert = particules fluidisées).

Thèses :

Inma PEREZ-LOPEZ
Léa PENAZZI

Partenariat :

Projet européen Next-CSP

Le stockage thermique

Le stockage thermique associé à la chaine de conversion de l’énergie solaire à concentration permet de produire de l’énergie en fonction des besoins (pic de consommation) ce qui donne à ce mode de production d’énergie renouvelable un avantage par rapport au photovoltaïque et à l’éolien. Le Labex SOLTICE a donc inscrit l’amélioration et l’innovation des systèmes de stockage dans ses priorités. Deux directions ont été particulièrement développées : les nouveaux matériaux de stockage issus de sous-produits industriels stabilisés et les dispositifs de stockage par thermocline.

Cuve de stockage thermique thermocline expérimentée (220 kWh)

Thèses :

Thomas FASQUELLE
Nicolas LOPEZ-FERBER
Asaad KEILANY

Partenariats :

Arkema
Eco-Tech Ceram

2. Matériaux résistants à haute température pour la conversion de l’énergie

Le Labex a permis, en particulier, de structurer un nouvel axe de recherche sur les matériaux sélectifs en synergie avec l’Equipex SOCRATE. Globalement, ce thème relatif aux matériaux haute température a été développé selon deux grandes directions :

Matériaux sélectifs pour absorbeurs solaires

Matériaux métalliques résistants à haute température

3. Combustibles de synthèse issus de l’énergie solaire

Les priorités de recherche ont porté sur :

La pyro-gazéification solaire de biomasse

La pyro-gazéification de bois et de déchets agricoles a été étudiée à l’aide d’un simulateur solaire et d’un four solaire avec des échantillons massifs et en poudre compactée respectivement. Les travaux ont permis de développer des modèles de pyrolyse et de gazéification radiative et de quantifier expérimentalement la fraction d’énergie ajoutée aux produits et stockée grâce au traitement solaire.

Bilan énergétique expérimental de la pyrolyse solaire de bois

Thèses :

Victor POZZOBON
Kuo ZENG
Rui LI

Partenariat :

PROBIEN (Argentine)

Les combustibles solides

Il s’agit de remplacer les combustible liquides par des combustibles solides en poudre mis en œuvre dans des cycles redox dont l’étape de réduction (régénération du métal) est solaire et l’étape d’oxydation est réalisée dans le moteur (combustion externe). Dans le cas des applications à la mobilité, le métal doit être léger, le magnésium est un bon candidat.

Post-doctorat :

Jean PUIG

Partenariat :

PSA/Peugeot-Citroen

4. Eco-technologies solaires

Les travaux dans ce domaine ont été centré sur :

Les nouveaux matériaux pour la photocatalyse solaire

Le dessalement par procédé solaire

5. Optimisation des systèmes solaires

Cet axe a permis de soutenir des recherches amont sur :

Les propriétés radiatives de particules non sphériques et à la nano-échelle

Les équations de Maxwell sont résolues sous forme intégrale par la méthode de Monte Carlo afin de calculer les propriétés de diffusion de particules non sphériques.

Par ailleurs, le couplage plasmonique de nanoparticules métalliques avec un semi-conducteur magnétique est étudié en vue du contrôle des propriétés optiques des matériaux. Les nanoparticules sont déposées ou insérées sur la surface du matériau massif.

Diffusion d’une onde électromagnétique par une particule non sphérique (micro-algue)

Thèse :

Julien CHARON

Partenariat :

Labex IMOBS3

Post-doctorat :

Gezaheg DESALEGN

L’optimisation thermodynamique des écoulements dans un récepteur solaire

L’intégration des systèmes de stockage dans les cycles à gaz

Infrastructures de recherche

Le Labex SOLSTICE bénéficie des infrastructures de recherche suivantes :

Les systèmes solaires à concentration de l’infrastructure de recherche nationale FR-SOLARIS rénovée et complétée grâce à l’Equipex SOCRATE
Les moyens d’élaboration des antimoniures de l’Equipex EXTRA
Les équipements de caractérisation des matériaux de l’IMT Mines d’Albi

DOCTORANTS

Emmanuel GIUDICELLI

Concentrated PhotoVoltaic (CPV) Application.

Recherche

DOMAINES DE RECHERCHE

1. Procédés de conversion de l’énergie solaire efficaces et à coût réduit

2. Matériaux résistants à haute température pour la conversion de l’énergie

3. Combustibles de synthèse issus de l’énergie solaire

4. Eco-technologies solaires

5. Optimisation des systèmes solaires

Infrastructures de recherche

DOCTORANTS

Emmanuel GIUDICELLI

Victor POZZOBON

Aurélie ROSSET

Kuo ZENG

Julien CHARON

Thomas FASQUELLE

Lucile BARKA

Nicolas LOPEZ-FERBER

Rui LI

Alexandre VAUTHELIN

Antoine GROSJEAN

Jean-Marc AVELLANEDA

Inma PEREZ-LOPEZ

Asaad KEILANY

Johan COLAS

Clément LACROIX

Léa PENAZZI

Pierre-Henri DEFIEUX

POST-DOCTORANTS

Jean PUIG

Omar BEHAR

Gezahegn DESALEGN

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