Les travaux menés sur la thématique de la récupération de l’énergie ambiante ont permis des réalisations à TRL élevé. Ainsi, des systèmes utilisant l’énergie photovoltaïque [1], les gradients thermiques [2] ou les vibrations [3] ont été développés avec succès pour l’aéronautique et l’industrie dans le cadre de différents projets (Coralie, 2idO, Arcelor).

[1] V. Boitier, B. Estibals, L.Seguier, Powering a Low Power Wireless Sensor in a Harsh Industrial Environment: Energy Recovery with a Thermoelectric Generator and Storage on Supercapacitors,Energy and Power Engineering Vol.15 No.11，November 21, 2023

[2] V. Boitier , B. Estibals , F. Huet , Lionel Séguier, Battery-Free Power Supply for Wireless Sensor Combining Photovoltaic Cells and Supercapacitors, Energy and Power Engineering, 2023, 15 (03), pp.151-179. ⟨10.4236/epe.2023.153007⟩

[3] F. Huet , V. Boitier , L.Séguier, Tunable Piezoelectric Vibration Energy Harvester With Supercapacitors for WSN in an Industrial Environment, IEEE Sensors Journal, 2022, 22 (15), pp.15373-15384. ⟨10.1109/jsen.2022.3185426⟩

[4] V.Boitier , L.Séguier et al., « Thermoelectricity to power wireless sensors : an industrial application », Powermems’2024 Micro and Miniature Power Systems, Self-Powered Sensors and Energy Autonomous Devices (PowerMEMS+ 2024 Miniature Energy Systems), Nov 2024, Tønsberg, Norway, Communication dans un congrès hal-04721414v1

Pour une vue d'ensemble des travaux de recherche et réalisation dans ce domaine, vous pouvez suivre le webinaire " Alimentation électrique de capteurs autonomes : avec ou sans batterie", webinaires TERRA FORMA, 15 mars 2024.

Quelques exemples des travaux de recherche en cours :

Prévision du gisement solaire en cas d’ombrage

L'équipe ESE mène des recherches sur la prévision du gisement solaire dans des environnements partiellement ombragés. Objectif : aide au dimensionnement de systèmes photovoltaïques.

La prévision du gisement solaire disponible en un lieu donné est bien maitrisée s’il n’y a pas de source d’ombrage à proximité ou si les sources d’ombrage sont facile à modéliser (immeuble) [A]. En revanche dans le cas de sources d’ombrages complexes (arbre, buisson, grille), la prévision devient difficile.

Notre équipe travaille sur l’utilisation de photos prises avec un simple téléphone muni d’une lentille fish-eye (voir image ci-dessous) pour déterminer finement les sources d’ombrages [B]. Cela implique un traitement d’image utilisant l’IA et l’utilisation de modèles d’ensoleillement.

Ces travaux visent à permettre de connaitre le gisement en un lieu donné pour pouvoir dimensionner au plus juste des alimentation autonomes photovoltaïques destinées à alimenter des capteurs sans fils. Les résultats peuvent aussi être utilisés pour des biologistes qui souhaitent déterminer l’énergie solaire reçue par des plantes en un lieu donné.

Références :

[A] V. Boitier, K.B.K.Cao et al., A. Solar Power Supply for Sensor Applications in the Field: A Guide for Environmental Scientists. Solar 2024, 4, 674–693. https://doi.org/ 10.3390/solar4040032

[B] thèse Kha Bao Khanh Cao, Photovoltaïque en contexte exigeant : estimation et optimisation de la ressource pour des alimentations électriques autonomes, 2023 // https://theses.fr/2023ISAT0027

Prévision du gisement solaire pour système photovoltaïque mobile

L'équipe ESE mène des recherches sur la prévision du gisement solaire sur des systèmes mobiles types drone ou ballon. Objectif : Estimer la ressource énergétique avant de lancer les systèmes pour anticiper les fonctionnement possibles.

-------------

La prévision du gisement solaire disponible en un lieu donné est bien maitrisée pour des systèmes fixes sans source d’ombrage à proximité. La prévision devient plus complexe dans le cas de systèmes mobiles ombragés [C] ou non.

Depuis 2019, notre équipe a développé des programmes qui adaptent les modèles classiques de prévision du gisement solaire dans le cas de systèmes mobiles sur lesquels sont disposés des cellules solaires.

Ce travail est utilisé par exemple pour déterminer l’apport énergétique lors d’un voyage transatlantique d’un drone [A] (collaboration avec l’ISAE dans le cadre du projet Mermoz) ou aussi pour un dirigeable qui s’oriente naturellement face au vent [B] (collaboration avec l’IPVF).

Références :

[A] https://www.isae-supaero.fr/fr/actualites/aviation-decarbonee-premier-essai-en-vol-reussi-pour-le-drone-mermoz-propulse-a/

[B] https://insei.hal.science/INSA-GROUPE/hal-04730943v1

[C] B. Genet, V.Boitier et al., Forecasting of the Photovoltaic Electricity Production on a Sail Ship by Taking Account Shadow Effects, Renewable Energy & Power Quality Journal, Volume No.17, July 2019 DOI:10.24084/repqj17.290

Modélisation et pilotage de panneaux solaires ombragés

L'équipe ESE mène des recherches sur la modélisation rapide des panneaux solaires sous ombrages partiels et les commandes GMPPT adaptées pour extraire le maximum de puissance électrique de panneaux solaire sous ombrages partiels.

-------------

En cas d’ombrages partiels, les caractéristiques I(V) et P(V) des panneaux solaires varient énormément (formes et valeurs) et rapidement. La recherche du maximum de puissance devient alors problématique avec les méthodes classiques.

Une partie des travaux menés dans l’équipe ESE vise à obtenir une modélisation rapidement au niveau de la cellule et du panneau pour prendre en compte simuler les effets des ombrages. Ces travaux permettent ensuite d’étudier en simulation des commandes de recherche du maximum de puissance performantes. Enfin, des études expérimentales permettent de tester in situ ces commandes et de les comparer avec d’autres commandes [1].

[1] K.B. K. Cao , V. Boitier , Probabilistic Global Maximum Power Point Tracking Algorithm for Continuously Varying Partial Shading Conditions on Autonomous PV Systems, Energy and Power Engineering, 2024, 16 (01), pp.21 - 42. ⟨10.4236/epe.2024.161002⟩