Classification des techniques MPPT

Diverses publications sur les commandes assurant un fonctionnement de type commande MPPT apparaissent régulièrement dans la littérature depuis 1968, date de publication de la première loi de commande de ce genre, adaptée à une source d’énergie renouvelable de type photovoltaïque.

Etant donné le grand nombre de publications dans ce domaine, nous avons fait une classification des différentes MPPT existantes en les regroupant selon leur principe de base. La classification, en plus du principe, s’est effectuée selon des critères comme la précision de la recherche ou sa rapidité pour en faire une évaluation comparative [23].

III.4.1 Premiers types de technique MPPT

L’algorithme mis en œuvre dans les premières commandes MPPT était relativement simple. En effet, les capacités des microcontrôleurs disponibles à l’époque étaient faibles et les applications, surtout destinées au spatial avaient beaucoup moins de contraintes en variation de température et d’éclairement que les applications terrestres appliqué initialement.

Pour un système photovoltaïque, son principe a d’abord été décrit par A.F. Bohringer.

Cette commande est basée sur un algorithme de contrôle adaptatif, permettant de maintenir le système à son point de puissance maximum (PPM).

Ce dernier est décrit en figure (III.7) et peut être implanté entièrement en numérique

Figure III.7 : Principe de la première technique MPPT numérique [23]

Il consiste à calculer la puissance à l’instant tn à partir des mesures de IPV et VPV, et de la comparer à celle stockée en mémoire, correspondant à l’instant tn-1 de là, un nouveau rapport cyclique D est calculé et est appliqué au convertisseur statique. Ce principe est toujours valable du point de vue théorique et appliqué de nos jours sur des algorithmes numériques plus performants.

Cependant, le temps de réaction a été amélioré ainsi que la précision de la recherche du PPM associée à un certain nombre de précautions pour ne pas perdre le PPM même temporairement [23].

III.4.2 Techniques MPPT à algorithmes performants

Il y a plusieurs types de commande MPPT existantes en les regroupant selon leur principe de base. Les méthodes les plus couramment rencontrées sont communément appelées respectivement Hill Climbing, Perturb&Observ (P&O), l’incrément de Conductance (Inc-Cond) et par intelligence artificielle (logique floue, réseaux de neurones) [23].

Dans ce chapitre, nous allons nous intéresser à la méthode de l’incrément de conductance (Inc-Cond).

III.4.3 Principe de la commande « Incrément de conductance » (Inc-Cond)

Cette technique est basée sur la connaissance de la variation de conductance du GPV et des conséquences sur la position du point de fonctionnement par rapport à un PPM. Ainsi, la conductance du module photovoltaïque est définie par le rapport entre le courant et la tension du GPV comme indiqué ci-dessous.

G I

V (III.8)

Donc une variation élémentaire (incrément) de conductance peut être définie par : dG dI

dV (III.9)

D’autre part, l’évolution de la puissance du GPV par rapport à la tension donne la position du point de fonctionnement par rapport au PPM. Lorsque la dérivée de puissance est nulle, cela signifie que l’on est sur le PPM, si elle est positive le point d’opération se trouve à gauche du maximum, lorsqu’elle est négative, on se situe à droite. La figure (III.8) permet d’écrire les conditions suivantes :

Si dP 0

dV  , le point de fonctionnement est à gauche du PPM Si dP 0

dV  , le point de fonctionnement est à droite du PPM Si dP 0

dV  , le point de fonctionnement est sur le PPM

Figure III.8 : Positionnement du point de fonctionnement suivant le signe de la dérivée de la conductance G et de la puissance P

Le lien entre la conductance donnée par l’équation (III.8) et la dérivée de la puissance dP

dV peut être décrit par l’équation suivante :

dP dI I

I V I V

dV dV V

    

 (III.10)

D’où, on peut alors écrire de nouvelles conditions sur la variation de conductance.

Si ^{I I}

V V

  

 : Le point de fonctionnement est situé à gauche du PPM, donc on augmente la tension V jusqu’à atteindre le PPM et cela en diminuant le rapport cyclique α.

Si ^{I I}

V V

  

 : Le point de fonctionnement est sur le PPM, donc la tension et le rapport cyclique α restent constants.

Si ^{I I}

V V

  

 : Le point de fonctionnement est situé à droite du PPM, donc on diminue la tension V jusqu’à atteindre le PPM et cela en augmentant le rapport cyclique α.

Le maximum de puissance peut être alors traqué en effectuant des comparaisons à chaque instant de la valeur de la conductance ^I

V

  

  avec celle de l’incrément de conductance I

V

  

 

 , comme l’illustre l’algorithme de la figure (III.9).

Figure III.9 : Organigramme de l’algorithme Inc-Cond [24]

dα : Pas d’incrémentation de l’algorithme Inc-Cond.

Le terme ^I V

  

  est la conductance instantanée alors que ^I V

  

 

 désigne la variation de cette conductance. Pour éviter que la différentielle de la tension du panneau V ne devienne nulle, lorsque le PPM est atteint dans les précédents cycles ou par une stabilisation du point de fonctionnement, ce qui va conduire à une division par zéro, l’algorithme fait un test deV.

Si Vest nul il teste si le I 0. Si c’est le cas alors le PPM est atteint et l’algorithme ne fait aucun changement, dans le cas contraire l’algorithme teste le signe de I pour

déterminer la position du PPM et ajuste le rapport cyclique α. Si  I 0donc on décrémente le rapport cyclique α, dans le cas contraire on incrémente ce dernier.

Si Vest différent de zéro, il teste si ^{I I}

V V

  

 . Si c’est le cas alors le PPM est atteint et l’algorithme ne fait aucun changement, dans le cas contraire l’algorithme teste le signe de