There is a growing research interest in studying microgrids as a way to overcome the lack of access to energy. These microgrids could be the key to global energy access because of their many advantages related to flexibility, efficiency, and reliability. Despite all these qualities, microgrids remain challenging to implement in a sustainable and resilient way without a clear consensus on what causes these failures. To this end, this work proposes a new paradigm to make a multidisciplinary and comprehensive review of the operation of microgrids. By reconciling the different fields inherent to microgrids, this review enables the study of microgrids within a unified framework. Microgrids will be presented through energy, information, financial, and social fields to provide the necessary elements for their systemic understanding. Each field will be presented with its internal elements, architecture, and significant issues. By elaborating on this new vision of microgrids, this article hopes to open the way to a deeper understanding of their systemic operation and diagnose their long-term sustainability.

Sustainability in power electronics is a recent research topic. It takes place among current actions to grasp design choices that enable eco-design and circular economy in the domain. This paper shows the results and analysis of a literature review at the intersection of power electronics and sustainability without considering the reliability study of the power electronics systems. The first part explains the scope of the study. The second part shows a bibliometric analysis of the collected publications that underlines a pioneering position at the European level. The third part details the state-of-the-art and its analysis over four investigation topics which are: tools and methods, indicators, circularity and materials. This paper and the work behind are the results of collaboration at the French national level, as part of the workgroup CEPPS (Convertisseurs Electronique de Puissance Plus Soutenables—More Sustainable Power Electronics Converters) supported by the CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique—French National Centre for Scientific Research) research group SEEDS (Systèmes d’énergie électrique dans leurs dimensions sociétales—Societal dimensions of electrical energy systems).

This work proposes a methodology for designing power electronic converters called “Automatic Design for Manufacturing” (ADFM). This methodology proposes creating Power Converter Arrays (PCAs) using standardized converter cells. The approach is greatly inspired by the microelectronics integrated circuit design flow, power electronics building blocks, and multicell converters. To achieve the desired voltage/current specifications, the PCA conversion stage is made from the assembly of several Conversion-Standard Cells (CSCs) in series and/or parallel. The ADFM uses data-based models to simulate the behavior of a PCA with very little computational effort. These models require a special characterization approach to maximize the amount of knowledge while minimizing the amount of data. This approach consists of establishing an experiment plan to select the relevant measurements that contain the most information about the PCA technology, building an experimental setup that is capable of acquiring data automatically and using statistical learning to train models that can yield precise predictions. This work performed over 210 h of tests in nine different PCAs in order to gather data to the statistical models. The models predict the efficiency and converter temperature of several PCAs, and the accuracy is compared with real measurements. Finally, the models are employed to compare the performance of PCAs in a specific battery charging application.

L'énergie photovoltaïque est à nos jours l'une des sources intermittentes les plus développée. Plusieurs années de recherche confèrent une importante maturité à la fois aux modules et aux systèmes de extraction et traitement de son électricité. Cependant, il lui reste encore un important obstacle à franchir avant son utilisation à large échelle : la présence des ombres. Alors que plusieurs solutions ont été déjà proposées pour ce problème, la recherche sur l'ombre en tel que phénomène complexe reste embryonnaire. Cette thèse a pour but de combler ce besoin à la fois en étudiant la présence d l'ombre et en y proposant une nouvelle réponse. L'étude de l'ombre comprend la proposition d'une théorie sur l'intermittence qui prend en compte des aspect à la fois électriques et optiques. A travers de cette théorie, une relecture de la littérature est aussi proposée et donne lieu à une classification des solutions existantes en séries ou parallèles. Les solutions séries utilisent plusieurs structures d'électronique de puissance pour extraire l'énergie d'un nombre plus restreint des cellules photovoltaïques et par conséquent y confinent l'impact de l'ombre. En contre partie, les solutions parallèles utilisent des structures spéciales pour redistribuer le courant parmi les cellules ombrées et illuminées, ce qui amène à l'effacement de l'ombre. La nouvelle réponse à l'ombre proposée dans ce travail s'agit d'une structure parallèle à forte potentiel d'intégration monolithique. Inspirée de son équivalent pour les batteries, cette nouvelle topologie est applicable à plusieurs échelles mais sa commande reste un aspect à maîtriser. Son concept de base est validé au niveau d'un seul module photovoltaïque par la création d'un prototype et une validation expérimentale. Sa commande y est ensuite développée, testée et validée. Le système est capable de détecter la présence de l'ombre, choisir la meilleure stratégie pour la mitiger et l'implémenter en toute autonomie. Le résultat final est une augmentation de la puissance de sortie d'environ 40% dans certains cas.