CRESITT Industrie | SAPAC – Système Autonome à Pile à Combustible et photovoltaïque
16990
page,page-id-16990,page-template-default,cookies-not-set,ajax_fade,page_not_loaded,,vertical_menu_enabled,qode-theme-ver-1.0,wpb-js-composer js-comp-ver-4.4.3,vc_responsive

SAPAC – Système Autonome à Pile à Combustible et photovoltaïque

DÉFINITION DE LA PILE À COMBUSTIBLE (PAC)

La pile à combustible est un système de production d’énergie, sans combustion. Elle est alimentée en hydrogène et exploite l’oxygène de l’air. La pile produit du courant électrique, par réaction électrochimique entre ces deux éléments. Elle rejette uniquement de la vapeur d’eau et de la chaleur. Ce système est une source d’énergie propre.

ÉLÉMENTS D’UNE PILE À COMBUSTIBLE

Les principaux éléments sont : (a) l’électrolyte, en général fine membrane polymère solide (nafion©), qui doit conduire les protons, mais pas les électrons, et être imperméable aux gaz ; (b) les électrodes (anode et cathode), constituées d’un métal catalyseur (Pt) déposé sur une couche poreuse de carbone conducteur ; (c) les plaques de diffusion ; (d) les plaques bipolaires, parcourues de micro-canaux qui permettent d’assurer la distribution des gaz et l’évacuation de l’eau.

sapac_schema
FORMULES

• H2 -> 2H+ + 2e-

• 2H+ + ½ O2 +2e- -> H2O

FONCTIONNEMENT D’UNE PILE À COMBUSTIBLE

1) L’anode est chargée en hydrogène (H2) provenant d’un réservoir et la cathode est chargée d’oxygène (O2), provenant généralement de l’air.

2) Dans l’anode, les molécules d’hydrogène se dissocient au contact d’un catalyseur (généralement du platine). Pendant que les ions H+ migrent dans l’électrolyte, les électrons circulent dans un circuit externe afin de produire un courant électrique continu.

3) Dans la cathode, on retrouve les électrons, les ions H+ et l’oxygène qui se combinent pour former de l’eau.

4) La réaction produit également de la chaleur qui peut être récupérée. Tant que la pile à combustible est approvisionnée en réactifs, le courant électrique continue de circuler.

LES DIFFÉRENTS TYPES DE PILE
type_pile_sapac
LES DIFFÉRENTS MARCHÉS

• Transports (terrestres, maritimes)

• Alimentation de secours (groupe électrogène, auxiliaire de puissance)

• Applications militaires

• Habitat collectif ou individuel (stationnaire)

• Applications portables, systèmes autonomes

OBJECTIF

L’objectif du projet SAPAC (2013-2014), soutenu par le Conseil Général du Loiret et l’AGGLO Orléans Val de Loire, est de démontrer la faisabilité d’un système autonome (station météo) à énergie durable (pile à combustible PAC et photovoltaïque PV), sans batterie, et dans des conditions réelles d’utilisation. Toutes les fonctions nécessaires ont été implémentées : mesures météo, stockage, transmission sans fil longue distance, envoi de messages d’alarmes et de maintenance.

Ce projet s’inscrit dans une démarche environnementale : suppression des batteries au plomb, surface photovoltaïque diminuée, volume et poids réduits. Grâce à la gestion en temps réel de l’énergie disponible (PAC et PV), on cherche a augmenter l’efficacité opérationnelle, la fiabilité et le taux de charge des éléments.

PLAN DE DÉVELOPPEMENT

Travaux du laboratoire GREMI

Le GREMI a pu définir les dimensions optimales de la pile à combustible adaptée au système, l’assembler et la caractériser. Par ailleurs, le laboratoire travaille sur la conception d’un électrolyseur permettant l’alimentation de la pile en hydrogène et sur le dimensionnement d’un dispositif de stockage d’hydrogène (de type hydrure). A terme, la pile, l’électrolyseur et le dispositif de stockage doivent être assemblés et permettre aux capteurs de communiquer de façon sûre.

Travaux du CRT CRESITT Industrie

Le CRESITT a pu profiter de l’expérience acquise lors de l’installation de la plate-forme PERSyA pour concevoir et assembler les éléments d’un système électronique communicant recevant l’énergie d’une pile à hydrogène et d’un panneau photovoltaïque. Ce démonstrateur a pu être installé et caractérisé au sein de PERSyA, permettant d’évaluer ses performances et d’envisager des applications industrielles.

ÉLÉMENTS DU MARCHÉ PAC POUR LES SYSTÈMES AUTONOMES ET PETIT SITES ISOLÉS

Accompagnés par la Technopole orléanaise, les partenaires du projet ont pu investiguer les marchés et applications potentiels de la PAC de petite ou moyenne puissance. L’étude de marché réalisée montre une attente forte de secteurs tels que les applications nomades, les systèmes sans fil, les sites isolés « off-grid », les alimentations auxiliaires, …

Une réflexion technique et économique est en cours pour valoriser et développer les concepts mis en œuvre dans ce démonstrateur de système hybride innovant.

sapac_marche
ARCHITECTURE DU DÉMONSTRATEUR
architecture_sapac
PRINCIPE ET FONCTIONNEMENT
principe_sapac
RÉSULTATS ET RETOMBÉES
  • Plate-forme d’évaluation et caractérisation de technologies photovoltaïques, pile à combustible et systèmes hybrides.
  • Expertise et évaluation de solutions radiofréquences pour la transmission de données et les dispositifs d’alerte.
  • Essais in situ et longue durée.
  • Validation du marché PAC et des applications pour les petites et moyennes puissances.
  • Expertise technique, formation et transfert de technologie.
PARTENAIRES FINANCIERS

Le projet SAPAC est financé par le Conseil Général du Loiret et l’AGGLO Orléans Val de Loire.

PARTENAIRES TECHNIQUES

CRESITT Industrie

CRESITT Industrie, association loi de 1901, est un Centre de Ressources Technologiques (CRT) en électronique labellisé par l’Etat. Il mène des actions de diffusion, de conseil et d’appui technique auprès des PME-PMI de la région Centre et réalise des prestations techniques : expertises, formations et R&D exploratoire.

Son équipe d’ingénieurs ou docteurs maîtrise l’électronique communicante, sous ses aspects matériels et logiciels. Ce savoir-faire s’appuie sur un plateau technique à la disposition des industriels (mesure HF et RFID, instrumentation, plates formes embarquées, vision industrielle). www.cresitt.com

GREMI

Le GREMI est une Unité Mixte de Recherche de l’Université d’Orléans et du CNRS. Les recherches, à très fort caractère expérimental, concernent la conception, la réalisation de procédés plasmas et laser pour des applications dans des domaines très variés : énergétique, matériaux, micro-électronique, nanotechnologies, métrologie, sources de rayonnement, biomédical, propulsion, transports et environnement.

Les études à vocation technologique sont privilégiées mais les aspects fondamentaux de la recherche sont très présents et généralement abordés en liaison avec les applications. www.univ-orleans.fr/gremi/

Orléans Val de Loire Technopole

Interlocuteur privilégié dans le domaine de l’innovation, Orléans Val de Loire Technopole réunit les acteurs du monde économique et scientifique de son territoire. Ses missions s’articulent autour de l’accompagnement à la création et au développement des entreprises, l’animation des relations recherche/industrie, l’ingénierie de projets structurants et collaboratifs ainsi que la gestion d’études de prospectives. www.tech-orleans.fr