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Lalou Moncef Justin

Professeur HES associé

Main skills

Professeur HES associé

Phone: +41 26 429 65 94

Desktop: HEIA_C20.11

Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
Boulevard de Pérolles 80, 1700 Fribourg, CH

Institute
Energy - Institut de recherche appliquée en systèmes énergétiques

BA HES-SO en Architecture - Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg

Electricité générale
Réglage automatique
Electromécanique

Ongoing

PILE_COM

Role: Main Applicant

Description du projet :

Ce projet s'inscrit dans le cadre des travaux de recherche appliquée visant à réduire les émissions CO2 et à sécuriser l'approvisionnement en électricité produite à base d'hydrogène dans des piles à combustibles (piles de technologie PEM, ci-après PiAC).
Cependant, pour fonctionner dans des conditions optimales de rendement et de sécurité, la PiAC est équipée de circuits de contrôle de ses différentes grandeurs physiques, telles que la tension, les débits de carburant, d'air et la température. Ainsi, la durée de vie des piles à combustible peut être améliorée en minimisant les effets de dégradation.
La HEIA-FR dispose d'un laboratoire de recherche appliquée sur les PiAC où des prototypes de basse puissance sont réalisés et analysés, avec comme objectif d'optimiser les algorithmes de contrôle. Pour accélérer et simplifier ce processus, la HEIA-FR a besoin de modèle de simulation multiphysique de PiAC. De son côté l'USEK (Holy Spirit University of Kaslik souhaite développer ce modèle, lequel sera expérimentalement validé en utilisant le laboratoire précité. Par ces termes, la HEIA-FR et l'USEK ont l'intention de collaborer dans ce projet.

Research team within HES-SO: Lalou Moncef Justin

Durée du projet: 01.10.2024 - 31.12.2025

Statut: Ongoing

Completed

Des climatiseurs économes grâce aux matériaux à changement de phase

Role: Main Applicant

Description du projet :

Comme produit courant, on trouve actuellement sur le marché des climatiseurs mobiles équipés de pompe à chaleur (PAC) air-air. Il s'agit typiquement d'appareils de puissance nominale de 3 kW thermique, avec un COP d'environ 3, et prévus pour rafraichir un volume maximal de 100 m3.
L'utilisation à large échelle de ces appareils ' notamment pendant les épisodes caniculaires ' entraîne une consommation considérable d'électricité. Un rapide calcul montre que la consommation horaire des ménages fribourgeois (133 515 d'après OFS 2019) utilisant chacun un climatiseur de 3 kW totaliserait 133.5 MWh, ce qui équivaut à la consommation annuelle d'env. 27 ménages. Cette ponction sur le réseau électrique est aggravée par le fait que la puissance de démarrage d'une PAC est nettement plus élevée que sa puissance nominale, d'où l'intérêt de chercher une alternative à cette technologie.
L'idée est d'utiliser un matériau à changement de phase (PCM) pour développer un climatiseur sous forme de batterie thermique air-air. Le concept très simple consiste à charger cette dernière par le froid ambiant (de nuit) lequel est restitué la journée à la demande.
De cette façon une simple ventilation chargeant ou déchargeant du PCM remplace le pompage énergivore d'une PAC créant de l'air froid avec du chaud. L'énergie électrique dépensée se limitera au contrôle/commande de la batterie thermique et à la circulation d'air. De plus on évitera de rejeter de la chaleur dans l'atmosphère et de favoriser ainsi l'apparition d'îlots de chaleur en ville.
La faisabilité de ce concept a déjà été validée à travers des simulations ANSYS du projet NPR SmarTS (Prof. J. Robadey) pour des structures PCM (déjà réalisées) qui pourront être reprises dans ce projet. La figure suivante montre les résultats d'un chauffage d'air à travers 40 cm de la structure illustrée à droite pour différents profils d'ailettes de décharge thermique. Pour un rafraîchissement tel qu'envisagé ici, les comportements seront similaires en dépendant toutefois des caractéristiques du PCM.
Notez que dans le projet de Master de Ruben Richard 21-22 et du projet Innosuisse « Hot and Cold PCM », des structures similaires mais moins optimales que le design ci-dessous, ont été construites et mesurées avec du PCM Crodatherm 24 W. Ces mesures montrent une solidification de 18 litres de PCM en 5 heures avec un flux d'air nocturne à 16' C permettant une décharge (rafraîchissement) durant l'après-midi jusqu'à 500 W avec une capacité de 1.5 KWh. Cette capacité est suffisante par rafraichir une chambre de 45 m3 en plein été. Notez que la température de fusion (Tf) était de 23°C. Avec un PCM de Tf=26°C (rafraîchissant à 26°C), la solidification du PCM serait possible avec de l'air nocturne de 19' C.

Research team within HES-SO: Lalou Moncef Justin

Durée du projet: 17.04.2023 - 31.12.2023

Statut: Completed

2017

Positive energy building with PV facade production and electrical storage designed by the Swiss team for the U.S. Department of Energy Solar Decathlon competition 2017 Denver Colorado

Scientific paper

Distributed Urban Energy Systems (Urban Form, Energy and Technology, Urban Hub)

Couty Philippe, Lalou Moncef Justin

Energy procedia, 2017 , vol. 122, pp. 919-924

Summary:

In the framework of the Solar Decathlon 2017 in Denver, Colorado, the Swiss team will propose a community house powered by solar energy and smart grid interaction. Thanks to an integrated design with multi-oriented façades, which were boosted by customized opening gates equipped with c-Si PV panels and power optimizers, a net positive energy building has been realized. An energy management system has been implemented to monitor and control the 9.715 kWp PV system and the electrical storage of 10.8 kWh capacity. The realized microgrid has been modelled and simulations have been performed using hourly meteorological data. As first results, measured BIPV production during the building commissioning has been compared with the simulated production at Fribourg.

“Avec le soleil comme seule source d’énergie”

Professional paper

Développement de l’installation électrique d’une habitation zéro énergie

Couty Philippe, Lalou Moncef Justin

bulletin.ch, 2017 , vol. 3.10

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Summary:

Thèmes : Autoconsommation , Énergies renouvelables

La conception de l’habitat du futur, dont les besoins énergétiques doivent pouvoir être couverts uniquement par le soleil, fait l’objet du concours académique Solar Decathlon US 2017 organisé en octobre à Denver. L’équipe suisse y participera avec son bâtiment NeighborHub conçu et réalisé par une cinquantaine d’étudiants.

2015

Système de conversion simplifiée pour éolienne équipée de génératrice synchrone à aimants permanents

Professional paper ArODES

Moncef Justin Lalou

Revue des énergies renouvelables, 2015, vol. 18, pp. 469-477

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Summary:

As part of a variable speed, wind energy conversion system (VS-WECS), this paper proposes a new power electronics solution in order to inject the generated energy in the utility grid, especially dedicated to small power wind turbines (<100 kW). The conversion chain includes, in series, a permanent magnet synchronous generator (PMSG) operating in variable speed, a diode rectifier, a DC-DC converter and a voltage source inverter (VSC). Compared to a standard solution with two VSC, the proposed solution allows to reduce the necessary hardware and to simplify the control software. The control of the conversion system relies on two control loops. On one hand, the speed control of the GSAP in order to track the maximum power point (MPPT) and on the other hand DC side voltage control of the inverter. The speed control requires as inner loop to control the active power injected in the utility grid, controlled by means of a state space vector control. The obtained simulation results allow validating the proposed solution and show, in case of variation of the wind speed, a fast and precise adaptation of the PMSG speed.

Système de conversion simplifié pour éolienne équipée de génératrice synchrone à aimants permanents

Scientific paper

Lalou Moncef Justin

Rеvuе des Energies Renouvelables (CDER, Algérie) Volume 18, Numéro 3, Pages 469-477, 2015

Summary:

Dans le cadre de la conversion à vitesse variable d’énergie éolienne (VS-WECS : Variable Speed, Wind Energy Conversion System), cet article propose une électronique de puissance simplifiée pour injecter l’énergie produite dans le réseau, spécialement dédiée aux éoliennes de petite puissance
(<100 kW). La chaîne de conversion comprend en série une génératrice synchrone à aimants permanents (GSAP) fonctionnant à vitesse variable, un redresseur à diodes, un convertisseur DC-DC et un convertisseur en source de tension (VSC : voltage source converter) en fonctionnement onduleur.
Par rapport à une réalisation standard à deux VSC, la solution proposée permet de réduire le matériel nécessaire et de simplifier la commande. Le contrôle du système de conversion repose sur deux boucles de réglage. D’une part, la boucle de réglage de la vitesse de la GSAP permettant de suivre le
point de fonctionnement à puissance maximale et d’autre part le réglage de la tension continue de l’onduleur. Le réglage de la vitesse requiert de contrôler en temps réel la puissance active injectée dans le réseau, ce qui est fait à l’aide d’un régulateur d’état avec commande vectorielle. Les résultats de
simulation obtenus permettent de valider la solution matérielle proposée et montrent, lors de variation de la vitesse du vent, une adaptation rapide et précise de la vitesse de la GSAP.

2013

Contrôle coordonné des convertisseurs de réseaux MTDC :

Professional paper ArODES

utilisation de convertisseurs de puissance pour améliorer le transport d’énergie

Miro Luginbühl, Moncef Justin Lalou

bulletin.ch = Fachzeitschrift und Verbandsinformationen von Electrosuisse und VSE = Bulletin SEV/AES : revue spécialisée et informations des associations Electrosuisse et AES, 104, 12, 36-39

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Summary:

La répartition des flux de puissances dans les érseaux de transport combinés AC-MTDC peut être optimisée en utilisant des convertisseurs reliant les lignes AC et DC dont les puissances active et réactive en transit sont contrôlables. La stabilité de ces réseaux et leur efficience s'en trouveront ainsi renforcées. Cette étude propose une approche permettant de démontrer la faisabilité de ce principe et une première application.

2010

Gestion des réseaux électriques à grande échelle :

Professional paper ArODES

contrôle des flux de puissance d'un réseau électrique

Moncef Justin Lalou, Jean-François Affolter

Bulletin VSE/AES, 2010, no. 4, pp. 36-39

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Summary:

La sécurité de l'approvisionnement en énergie électrique est un défi industriel du futur, aussi bien au niveau de la production que du transport et de la distribution. Dans ce contexte, la gestion du fonctionnement d'un réseau de plus en plus saturé est un enjeu majeur. Cet article présente une méthode de gestion optimale et en temps réel, des flux de puissance dans un réseau électrique équipé de Facts et de mesureurs de phase.

2024

Simulation and measurements of a new PCM storage system using night cold air for daytime free cooling of buildings

Conference

Robadey Jacques, Lalou Moncef Justin, Reiss Hans

JITH 2024 - 20th Edition | Eco-design of building and city for climate resilience, 29.10.2024 - 31.10.2024, Paris

Summary:

A PCM cold storage battery has been built with 2 small PCM cells integrated in an air-flow heat-exchanger. The idea is to use it as a portable device that can be brought outside in summer night to store the cold and discharge inside on the following day. The prototype realization is described with its major issues in low power ventilation of the heat exchanger and efficient heat transfer between the air flow and the PCM with thermal conductivity < 0.2 W/(m K). A parallel and a serial setup of the two cells have been built and the charge, storage and discharge properties have been compared. Cooling powers of 87W and 160W were obtained with flows of 32m3/h and 60m3/h, respectively for a total storage potential between 15°C and 30°C of 176Wh. The thermal profile of the PCM battery has been investigated along the air-flow channel and the neighboring PCM zone for charge/discharge and storage processes and was compared with finite element simulations. A critical analysis of the measurement and simulation results is presented together with the usage perspectives of such batteries in residential building environments.

Simulation and measurements of a new PCM storage system using night cold air for daytime free cooling of buildings

Conference ArODES

Jacques Robadey, Moncef Justin Lalou, Hans Reiss

Actes des Journées Internationales de Thermique, 29-31 octobre 2024, Paris, France

Link to the conference

Summary:

A PCM cold storage battery has been built with two small PCM cells integrated in an air flow heat exchanger. The idea is to use it as a portable device that can be placed outside on summer nights to charge cold and discharge it indoors the following day. The prototype realization is described with its major issues in low power ventilation of the heat exchanger and efficient heat transfer between the air flow and the PCM with thermal conductivity < 0.2 W m-1 K-1. A parallel and a serial setup of the two cells have been built and the charge, storage and discharge properties have been compared. Cooling powers of 71W and 129W were obtained with flows of 24m3/h and 44m3/h, respectively for a total storage potential between 15°C and 30°C of 176 Wh. The thermal profile of the PCM battery has been investigated along the air flow channel and the neighboring PCM zone for charge/discharge and storage processes and was compared with finite element simulations. A critical analysis of the measurement and simulation results is presented together with the usage perspectives of such batteries in residential building environments.

A cold storage PCM heat exchanger for daily summer free cooling with cold night air.

Conference

Robadey Jacques, Lalou Moncef Justin, Sylvain Vuilleumier

18. Symposium Energieinnovation, Graz/Austria, 14.02.2024 - 16.02.2024, Graz/Austria

Summary:

As thermal needs correspond to up to 80% of the building energy consumption, thermal storage can be a key solution to decrease their dependance on nonrenewable energy. It can increase the building thermal autonomy in winter and in summer. By ventilating Phase Change Materials (PCM) [1, 2, 3] with the cold air of summer nights, PCM can be solidified to store cold. During the day, ventilating the PCM melts it and refreshes the ambient air [4].

We developed in this respect half meter high aluminum PCM containers allowing important temperature stratification in the vertical direction. By placing thin horizontal metallic plates in the PCM container and air flow channels around it, heat transfer occurs between the PCM and the ambient air as soon as an air flow is blowing. We present here this PCM heat exchanger structure with the results of the first measurement of heat/cold storage charge and discharge power as well as a method to determine the load level of the thermal battery.

2020

Using floating-interleaving boost converters for small wind energy conversion

Conference ArODES

Moncef Justin Lalou, Michele Capone

Proceedings of ECRES 2020 : 8th European Conference on Renewable Energy Systems, 24-25 August 2020, Istanbul, Turkey

Link to the conference

Summary:

Small Wind Energy Conversion System (SWECS), based on two back-to-back voltage source converters (VSC), with transformerless power injection into the utility grid, prove to be quite effective and reliable, but its efficiency and the compactness of its implementation can be improved. For this purpose, a modified topology, by introducing a floating-interleaving boost converter (FIBC), is proposed and evaluated. In this paper, theoretical and practical aspects related to the development of a FIBC dedicated to small wind power conversion, are presented. For a given rated values of power and voltage at the injection point into the grid, and a range of generator voltage, a FIBC converter is selected and sized, then realized and tested in stand alone operation and as element of a SWECS prototype. Experimental results confirm the suitability of the modified topology to achieve a very high efficiency of the wind energy conversion.

Using floating-interleaving boost converters for small wind energy conversion

Conference

Robadey Jacques, Lalou Moncef Justin,

ECRES 2020 : 8th European Conference on Renewable Energy Systems, 24.08.2020 - 25.08.2020, Istanbul, Turkey

Link to the conference

Summary:

In this paper, theoretical and practical aspects related to the development of a FIBC dedicated to small wind power conversion, are presented. For a given rated values of power and voltage at the injection point into the grid, and a range of generator voltage, a FIBC converter is selected and sized, then realized and tested in stand alone operation and as element of a SWECS prototype. Experimental results confirm the suitability of the modified topology to achieve a very high efficiency of the wind energy conversion.

Achievements

PEOPLE@HES-SO
Directory and Skills inventory

Lalou Moncef Justin

Professeur HES associé

Main skills

Réglage automatique

Electromagnétisme

Entraînements électriques

Conversion PV et éolienne

Professeur HES associé

PEOPLE@HES-SO Directory and Skills inventory

Lalou Moncef Justin

Professeur HES associé

Main skills

Réglage automatique

Electromagnétisme

Entraînements électriques

Conversion PV et éolienne

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