Application de la modulation vectorielle à la commande prédictive d'un onduleur photovoltaïque multiniveaux.

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permis d'gudLtew[er k3§ trayaiJx de Ce mémc).tre. l.f3s trayaiJx de re,eJ¢erc!o& préæntés dans Ce méimo;re c}nt êfié réftl;sés aiJ sem du LûhoT`afcJ;re des

énerËkzs rencxNe-jûbles (LE:R) de )'uwers;té MO#AMED 5EÙDIK` 8E:N

YA#J*J,J€L.

Je thens d'ia.bc}rd à e:xpr`imer totJte, imtL 3ra+ifüde et imiœ rec±ÔmaLj5saLiiee à Mon5æur N. LOURC1, MaJîtï`e de Co#érenœs à )'uwer5ifié MO#AMED 5EÏ>DIK. ËËN Y¢dfl+ JIJEL, pcxJr m'tucJ;r encaLc)lré et so{Jtienu duroLÏ}t Ces im3i5 de imé!mt}ft`e, ptx}r sofl srot}tfen, sa~ di5potijb;l;fé, 5ûL emmprélnÉ3tisjcHb, aJn5j

g¢Je se:s conse;Js jüd;œeüx.

Je remer€Je a:±Jss; Monsk±Ür LP`LIL.}b, MtH3tre de CDnf:ërenœs à )'uwers.ifié h40#AM€Ï} 5E:bDIK. 8E:N yp`#1A - JIJEL pcxJr s@n aJde ppécJ€use, )es

Cc)nseHs et Jæ CcinnaJssa.nœs dont i) aL s{J w}e SaJre prc}f i.ter.

hbs remerc;ewiients a!Jx niiembres du j¢Jrï gu; ncws t}nt fûJt }'hDnræur d 'a!Æf}e;pter de );re et de jL!©er ee mémcj;Î`e.

^b(JS adræsc]ns é3aJemefit "}s reimerc#e»ûeJ}ts, à tcxJs nos ense.gna.fits, qui ncxJs ont domés )es bcise5 de JaL scJen€e, stiiis cxJb}ier d'expr;mer nos reme+œieimetits aiJ Ch£:f du Dépai`te;ibænt d ' élec!froteelmpc}e.

Je so(JhûJte remerŒer éf]aJeiment mes Ccil)èf]ues de Ja. prc}mo mûsfer

Oa/Cc»maL#de de5 5ï5tèjAœ5 éJe€hqtJe5, ChœiJfl aifec sc}n rioim`

Àb{}s} ¥o(:)drifms expr;imer Ün reiRiierŒeiment spéœtiJ à rDtre frèpe

sOUÊ`CMJP`OÜ +'fJemem pœ}r aJde et emo{m!3emenf ;nœsaa.nts pcxJr

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•`ri;± JJ ÉJ\fl ®i=3i Éi . . . 6i}i *~ é É=:fbî + ...,- Jt àfj=±; ...-â±MÎJi Éei±j L}ih •Éyb ;rL ¢üLèL4l ¢Ï* # .af,,O+JU.,)f...j^j;À±;;S;J.--g!!:;Ij;;:;j±:iÀJ,j.}r;Jj{!'Ù,ÜJ.+.+Ü

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de la modulation vectorielle a la commande prédictive d`un ondulc.ur photovol.taïque multintveaux Liste des notations & Symboles

J_i_STç:o€SNcrr=:rrriôNSszSfiileftJ:€S

RmneajJ N (Msk4>OD 1 JPA: photo-courant. • JD : Couranttraversant la diode. • /4 : Facteurdequalité. 1 g :Charged'électron. • E:L'éclairement. • K : LaconstantedeBoltzmann.

• K] : Coefficient de la température du courant de court-circuit. 1 yr: Tensionthermique.

• JS: Courantde saturation.

• JÆs : Courant de saturation réversible.

• y:Tensionauxbomesdeladiode. • r : Température absolue (en Kelvin). • r„/ : Température de référence de la cellule.

• Eg : Energie de gap du semi-conducteurutilisé dans la cellule.

• Rs : Larésistance séries. • Æp : Larésistanceparallèle.

1 Nc: Nombre cellule dans le panneau. • jvs :Nombredemodule en série. • jvp : Nombredemodule en parallèle. • ypv :tension à la sortie du générateurpv. • Jpv : Courantà la sortie du générateurpv. • Ppv : Puissance à la sortie du générateurpv.

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De La Modulation Vectorielle A La Commande Prédictive D' un Onduleur Photovoltaïque Multiniveaux Liste des notations & Symboles

Ondu)etJr de t7ension à tT`ois weniJx • F4bc : Fonctions de commutation des interrupteurs.

• Jrdc : Tension continue appliquée à l'onduleur.

• y46, bc" : Tensions composées. • ys : Vecteur de tension statorique. • ycm/ bre/#/: Tensions de référence.

• yŒ, yÆ : Lestensionsbiphasées à la sortie de l'onduleur.

1 P, Oe/jv: Etats d'unbras de l'onduleur.

Résep.iJ é)ecfriq ue trJpho.sé • Æ : Résistance de phase du réseau.

• £ : Inductance de phase du réseau.

1 ea, e¢ : Les tensions biphasées de ligne de réseau. • J.a, J.4: Les courants biphasés du réseau.

- c¢,6,c: Tensions de phase duréseau. • Jo,G,c : Courants de phase duréseau.

AbréJyia+ions

• A4PP : Maximum power point (Point de puissance maximale). • A4Ppr : Poursuit du point de puissance maximale.

• P7' : Photovolta.i.que.

• GP7' : Générateur photovolta.i.que. I PPA4: Point de puissance Maximale. • P&O : Perturbation et observation. 1 DC : Courant continu (Direct current). I ,4C : Courant Alternatif(Alternative current). • A4PC: Model prédictive control.

• S7ÏM : Space-Vector Modulation (La modélisation vectorielle).

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'S€```A`rTl*ation de la modulation vectorielle a la commande prédictivc d'un onduleur photovoltaïque multiniveaux Liste des f igures & Tableaux

JisT€ q>€S çrG;uR€s 8{ T=nôL€n+!x

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-s-Tr q>€s sFiî&irR€s ..

Figure l.1.Principe de fonctionnement de la cellule PV Figure 1.2. Cellule monocristallin

Figure1.3.Cellulespoly-cristallines Figure 1.4.Cellules amorphes

Figure 1.5. Composants principaux d'une chaîne photovoltaïque Figure 1.6.Schéma de principe d'une centrale solaire photovoltaïque Figure l.7.Schéma électrique idéal d'une cellule photovoltaïque Figure l.8.Schéma du modèle réel simplifié d'une cellule photovoltaïque Figure 1.9.Schéma du circuit électrique équivalent d'une cellule solaire réelle Figure l.10.Modèle à deux diodes d'une ceïlule solaire

Figure l.11.Schéma bloc d'une cellule PV

Figure l.12.Caractéristiques I(V) et P(V) d'une cellule photovoltaïque Figure1.13.Modulephotovoltaïque

Figure l.14.Inf luence de l'éclairement sur la caractéristique I (V) et P(V) (Tc--25°C) Figure 1.15 .Inf luence de la température sur les caractéristiques I--f(V) et P--f(V) Figure l.16.Inf luence de la résistance série sur les caractéristiques I--f(V) et P=f(V) Figure l.17.Influence du fiacteur de qualité `A' sur les caractéristiques I (V) et P(V) Figure 1.18. Associations de nsmodules photovoltaïques en série

Figure l.19.Caractéristiques P--f(V) & I=f(V) d'un groupement de ns modules en série Figure 1.20.Association de np modules photovoltaïques en parallèle

Figure 1.21.Caractéristiques I--f(V) et P=f(V) d'un groupement de np modules en parallèle Figure l.22.Association mixte de ns * np modules photovoltaïques

Figure l.23.Caractéristiques I=f(V) et P=f(V) d'un groupement mixte de ns * np modules Figure l.24.Principe de la reclœrclw du point de puissance maximale

Figure l.25.a priiicipe de fonctionnement du P&O vers le MPP Figure 1.25 .b Principe de fionctionnement du P&O loin du MPP Figure 1.26. Algorithme de MPPT à base de la méthode P&O

Figure 1.27 .Tmjectoire de convergence par lncrémentation de la Conducta;nce Figure 1.28.Algoritlme d'incrémentation de la conductance

Figure 1.29.Caractéristiques de fonctiomement de la méthode par incrémentation de conductibilité

Figure 1.30. Système autonome

Figure l.31.Système hybride

Figure. I.32.Système connecté à un réseau BT

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\`ç`A`p"p`!Ëation de la modulation vectorielle a la commande prédictive d. un onduleur photovoltaïque multiniveaux Liste des f igures & Tableaux

CW-r0

Figure 11.1. Générateur photovoltaïque connecté directement au réseau

Figure 11.2. Générateur photovoltaïque relié au réseau par l'intennédiaire d'un hacheur et d'un onduleur

Figure 11.3. Exemple de condensateur électrolyte

Figure 11.4. Différents types d'onduleurs couplés au réseau

Figure 11.5. Système photovoltaïque connecté au réseau (non autonome) Figure 11.6. Schéma du circuit électrique équivalent d'une cellule solaire réelle Figure 11.7. Schéma bloc du générateur photovoltaïque

Figure 11.8. Sclüéma de générateur PV en MATLAB-SIMULINK

Figure 11.9. Caractéristiques Courant-Tension ; puissance tension, du champ PV à E~~1000W/m2 Figure 11.10. Caractéristiques Courant-Tension ; puissance tension, du champ PV à T--25°C Figure 11.11.Structure de l'onduleur triphasé à trois niveaux à djodes flottantes

Figure 11.12. Etats d' un bras de 1` onduleur à trois niveaux Figure ll.13.Etats de 1` onduleur

Figure 11.14. Diagramme vectoriel de l'onduleur à trois niveaux

Figure 11.15. Décomposition du diagramme vectoriel de l'onduleur à trois niveaux

Figure 11.16. Sélection de l'hexagone approprié

Figure 11.17. Schéma bloc du réseau triphasé

Figure 11.18. Caractéristique P(V) du module PV (1KW/m2, 298 K) et variation de dp/dv Figure 11.19. Schéma block de la commande MPPT

Figure 11.20. Générateur photovoltaïque connecté directement au réseau Figure ll.21.Schéma de la cascade sans commande

Figure 11.22.Tension fourriis par le générateur PV Figure 11.23. Coumnt foumis par le générateur PV Figure 11.24 .Puissance foumit par le générateur PV Figure 11.25 .Caractéristiques du PPM

Figure 11.26 .Tensions UcL, Uc2 d'entrée de l'onduleur Figure ll.27.Courants lci, Ic2 des Condensateurs Ci&C2

Figure ll.28.Couramts ldi, Id2 d'entrée de l'onduleur

Figure 11.29. Tension de sor[ie de l'onduleur (Va)

Figure 11.30. Tension et courant de la phase (a) du réseau

Figure lll.1.Principe de la coininande prédictive à modèle inteme de réfiérence Figure 111.2. organigrainme de la commande prédictive de courant

Figure 111.3. Schéina fonctionnel du systèine à étudié

Figure lll.4.Schéina Simulink de la cascade avec commande Figure 111.5 . Schéma Siinulink du MPC

Figure 111.6. Schéma Simulink de la MPPT

Figure 111.7. Tensioiis Vpv et Vréf (V) de sortie du champ PV avec réglage

Vriuersite Mofiamed S eddiR:Œen q;ahia ~ J IJŒL,

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de la modulation vectorielle a la commaiide prédictive d' un onduleur photovolta.ïque multiniveaux

Figure 111.8. Courant lpv (A) du champ PV Œvec réglage Figure 111.9. Puissance Ppv (W) du champ PV avec réglage

Figure 111.10 .Tensions Uci, Uc2 d'entrée de l'ornduleur Figure 111.11. Courant lcL du condensateur Ci

Figure 111.12. Courant lc2 du condensateur C2

Figure 111.13 .Courant ldL d'entrée de l'onduleur

Figure 111.14 .Courantld2 d'entrée de l'onduleur Figure lll.15.Puissamce active et sa réfiérence Figure lll.16.Puissamce réactive et sa réfiérence Figure lll.17.Tension de sortie de l'onduleur (Va) Figure lll.18.Tension et courant de phase du réseau Figure 111.19. Tension Vpv et Vréf avec perturbations

Figure 111.20. Préf Ppv et P a;vec perturba±ions

Figure 111.21. Courants ld. et ld2 avec perturbations

Figure 111.22. Coumnts lcL et lc2 avec perturbations Figure 111.23. Tensions UcL et Uc2 avec perturbations

Figure 111.24. La tension Va , ea et la avec perturbations

Figure 111.16. L'eff;et de l'éclairement sur la puissance Ppv et Qréf sur Q

ei . Jls.rt D€s T:nai:€"x ..

CHfl-€ Oh

Tab.II.1 Etats d` un bras de 1` onduleur (x =1,2 ou 3) Tableau ll.2.Paramètres du module photovoltaïque MSX-60

ruiri]]ersite "ohamet Sddik:Œen Yahia -J IJq=L.

Liste des figures & Tableaux

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T=naL€ q?€s vlmi:€R€s æ

- Ré,surné - NOJiF propos I Z>éc/;'cnæ

i Listes des nota`:tions &t simbole i Liste des f ©uræ & tableniJX

imàble des ma+ières

-1ntroduc+ionsénéroJe

CHAPITRE I . GénéTCLlités suÏ t'éneTgte Pt • Introduction

1. Conversion photovolta.i.que l.i.Rayonnement solaire

1.2. Historique des cellules photovolta.i.ques (PV)

I.3.L'effet photovoltaïque

1.4. Principe de la conversion photovolta.i.que

11. Cellules photovolta.i.ques

ll.i.Technologies des cellules photovolta.i.ques ll.i.i.Cellules monocristallines

ll.i.2.Cellules poly-cristallines ll.i.3.Les cellules amorphes

ll.2.Chaine de production d'énergie

ll.3.Architecture d'un générateur photovolta.i.que ll.4.Modèle électrique d'une cellule photovolta.i.que

ll.4.i.Modèle d'une cellule solaire idéale

ll.4.2.Modèle réel simplifié d'une cellule photovolta.i.que ll.4.3.Modèle réel d'une cellule photovolta.i.que

lI.4.4.Modèle double exponentielle

ll.5.Caractéristiques d'une cellule photovolta.i.que ll.6.Paramètres des cellules photovolta.i.ques

ll.6.i- Courant de court-circuit ICC (VCC=o)

11.6.2-Tension en circuit ouvert VCO (ICO=o) 11.6.3- Puissance maximale

11.6.4-Facteur de forme FF 11.6.5-Rendement de conversion 11.6.6-Facteur de qualité A 111. Les modules photovolta.i.ques

lll.i lnfluence des paramètres sur la caractéristique I (V) et P (V)

III.i.i.Influence de l'éclairement E

III.i.2.Influence de la température T

Vnriierri±e Mohamed SeddiR:Œen qiahia -J IJŒL.

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'`>``§:.ApÏ!Ëation De La Modulafion vectoriene A La cominandc prédictivc D\un onduleur photovoltaïque Multiniveaux Table des matières

III.i.3.Influence de la résistance série j?s

lll.i.4.Influence de facteur de qualité A

111.2. Association des modules lll.2.i. Association série lll.2.2.Association Parallèle

lll.2.3.Association mixte (Série - Parallèle)

IV. Recherche du point de puissance maximal (MPPT) IV.i.Philosophie de la MPPT

IV.2.Différentes méthodes de la MPPT

IV.2.i.Méthode de Perturbation et Observation (P&O) IV.2.2.Méthode de conductance incrémentale

V. Les différents types de systèmes photovolta.i.ques V.i. Les systèmes photovolta.i.ques autonomes

V.i.i.Le mode autonome V.i.2.Les modes hybrides

V.2. Les systèmes photovolta.i.ques raccordés au réseau VI. Exploitation des systèmes photovolta.i.ques

VII. Avantages et inconvénients d'une installation PV VII.i.Avantages

VII.2.Limites

• Conclusion

Chapitïe 11 . MODELISATION ET COMMANDE PAR LA

MODULATION VECTORIELLE D'UN ONDULEUR PHOTOVOLTA.l.QUE A TROIS NIVEAUX, CONNECTE AU RESEAU ELECTRIQUE

• Introduction

1. Généralités sur les systèmes photovolta.i.ques connectés au réseau électrique l.i Classifications de centrales photovolta.i.ques connectées au réseau

l.i.i. Centrale de petite taille l.i.2. Centrale de moyenne taille l.i.3. Centrale de grande taille

11.Description générale des centrales photovolta.i.ques connectées au réseau ll.i.Systèmes à connexion directe au réseau

ll.2.Systèmes avec hacheur et onduleur

111. Composants des centrales photovolta.i.ques connectées au réseau lll.i.Générateur photovolta.i.que

111.2. Bus continu

llI.3.Onduleur

lll.3.i.Onduleurs centralisés

lll.3.2.Onduleur "String " ou "de branche"

III.3.3.Onduleurs modulaires ou module photovoltaïque AC.

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*}!!p"l!j§ption De La Modulation vectorielle A La commande prédictive D ' un onduleur photovoltaïque Multiniveaux Table des matières

III.3.4. I.a poursuite du point de puissance maximale 34 IV. Modélisation et simulation des composants du système photovoltàïque connectée 34

au réseau

IV.i. Modélisation et simulation du générateur photovoltàïque

IV.i.a. Modélisation du GPV

IV.i.b. Simulation du générateur PV

IV.2. Modélisation et simulation de L'onduleur triphasé à trois niveaux IV.2.i.Description de l'onduleur à trois niveaux à diodes flottante

IV.2.i.i.Fonctions de commutation

IV.2.2.Les stratégies de commande de l'onduleur à trois niveaux

IV.2.2.i.Les différentes stratégies de commande de l'onduleur IV.2.2.2.Commande en MLl de 1'onduleur

IV.2.2.3.I.a modulation vectorielle IV.2.2.4.Transformation de CIARKE

IV.2.2.5.Vecteur de tension statorique de l'onduleur

IV.2.2.6.La MLl vectorielle appliquée à l'onduleur à trois niveaux IV.2.2.7.Etats d'un bras de l'onduleur

IV.2.2.8.Etats de l'onduleur

• Diagramme vectoriel

• Sélection de l'hexagone approprié

IV.2.3.Modèle de l'onduleur

IV.2.3.i.Les tensions des sorties de l'onduleur triphasé

• Les tensions polaires (Vao, Vbo, Vco )

• Les tensions simples de sortie de l'onduleur • Modèle dans le repère biphasé(d, q) de parck

IV.2.3.2.Les courants de sources

35 35 36 38 38 39 39 39 40 40 40 41 41 41 43 45 47 48 48 48 48 49 49

• Les courants de sources en fonction des fonctions de connexion de demi-bras 49 IV.3.Modélisation et simulation du réseau électrique

IV.4.Structure et simulation de la commande MPPT

IV.5.Simulation de la cascade sans application de la commande

• Conclusion.

• Introduction

1- Principe de la commande prédictive

ll.Application de la commande prédictive sur l'onduleur à trois niveaux lll.Schéma globale de la commande

lll.i.Simulation de la cascade avec commande lll.1.l.Simulation

lll.i.2.Résultats de simulation

lll.i.3. Fonctionnement sous des changements climatiques et paramétres V"i:versi±e glÆofiæ¢med SedtiiR:Œen rüaftia, -] IJtEL.

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`ç'i`€A`p"€!Ëation De La Modulation vectorielle A La commande prédictive D' un onduleur photovolta.ïque Multiniveaux Table des matières

III.i.3.i.Changement de l'éclairement

lll.i.3.2.Changement de de la puissance réactive - Conclusion

- Cbndusion sénéroJe - Amne:Xe

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lntroduction générale

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[11 [BomŒEˣΠ: D.BÛUKÏ.IERS« Opü"isœtim d'm §ys±ème d'Ers€rg±e Phôtovsttaïq.ue A]ppüœtim œu Pompqge », Mémoi:Se de

Mastster, UmÉmersité Me#touri de Coinstmtiœ, ZÛÛ7.

[2| [IBGE : HBGE in§titut bruælLOÉs pgur la gestiom dB I'e"riTD"i€ment «le ifttiovolîaïque -moduh.3 - fimctiomemmt et te dTwlûgies» nœeribre 201Û-9fto.

[3] |KÉ"OURI] : A. KADDOURI «Étude d'une Comi"nde Non tinétire Adaptaüve d'uw madüm Syndïrone à Aimants

Pe:rmaaæiasœs§ », THêæ de Docto¢a±, Uritietstté Ïja"l, QqÆébec, 2û00.

[SI EME§SÆO:UDEÈIE} : H.MESSAOUDENE «Détrinjafim ïrtt£UÉgen:te dg la puissmœ ma:rimah Des mduh§ f totoüdtiHqu£s» 2Û13ftû14 dèplôme de Mœgist£r en EI£ctroriqæ Uniüersüé EI Hndj Znkhdar ËA[:mlA.

[5| [MOIÆIA]: MOLINA MG, Mercado pE, « Modeüng and c"ftol of grid-ccnœtted pho*Ûz}d*œic energy com)erston sysÊem used

as a dâspers£d senerasog », IEEE Trœnsnüssion ûmd Di§Ïribution C:mqSrmce md E2çpo:stfiorq 13e15 Augus± Ë008.

t6I £MÀÀmz] ï M MAAZIZ, «Cœ"mnde udapttime des systèiiæs non ïinéaires : Apptication `a ùz oœmmande d'uœ madüm

asyndmcrne», Thèse d£ Doctora±, Pœris (2000).

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Introduction générale :

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Introduction générale l nhôduo+ic}n séréroJe

a production d'énergie est un défi de grande importance pour les annëes à venir, en

effet les besoins énergétiques des pays industrialisés ne cessent d'augmenter, par ailleurs les pays en voie de développement auront besoin de plus en plus d'énergie pour

mener à bjen leur développement.

De nosjours, une grande partie de la production mondiale d'énergie électrique est assurée à partir des énergies fossiles, la consommation de ces sources donne lieu à des émissions

de gaz à effet de serre, et donc une augmentation de la pollution.

Aujourd'hui on distingue plusieur5 sources d'énergies renouvelables, tél que I'énergie hydroélectrique, l'énergie géothermique, l'énergie de la biomasse, l'énergie éolienne et l'énergie photovolta.i.que, l'objet de notre étude dans ce mémoire.

L'avantage principal de ces énergies renouvelables est que leurs utilisations ne polluent pas

l'atmosphère, et elles ne produisent pas de gaz à effet de serre ; comme le dioxyde de carbone et le5 oxydes d'azote, qui sont responsables du réchauffement de la terre.

[BOUKHERS]

L'énergie solaire photovolta.i.que provient de la transformation d'une partie du rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d'énergie s'effectue par le biais d'une cellule dite « photovolta.i.que » (PV) basée sur un phénomène physique appelé « effet photovolta.i.que », qui consiste à produire une force électromotrice lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière. La tension générée peut varier en fonction du

matériau utilisé pour la fabrication de la cellule. L'association de plusieurs cellules (PV) en

sérje/parallèle ou mixte donne lieu à un générateur photovolta.i.que (GPV). /MESSAot/DENE/

Les panneaux solaires ou photovolta.i.ques sont l'élément de base de tout système

photovolta.i.que. lls sont constitués de cellules photosensibles reliées entre elles. Chaque cellule convertit les rayons provenant du soleil en électricité grâce à l'effet photovolta.i.que.

L'onduleur est un élément essentiel d'une installation photovolta.i.que. C'est une machine d'électronique de puissance qui transforme I'énergie électrique DC issue des modules PV en énergie électrique AC compatible avec le réseau électrique de transport ou de d-istr.ibut-ion.[IBGE]

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Introduction générale

Plusieurs techniques de commande de l'onduleur photovolta.i.que connecté au réseau

électrique ont été proposées dans la littérature, telles que la structure de commande en

boucles multiples pour le courant de réseau et la tension continus. /n40£JJVA/

Le système photovolta.i.que raccordé au réseau est le système d'énergie renouvelable dont I'exploitation technique est la plus simple, car aucune maintenance préventive n'est nécessaire.

La commande prédictive est une technique de commande avancée de I'automatique. EIle a

pour objectif de commander des systèmes industriels complexes. Arrivée à maturité, tellement elle est suffisamment utilisée dans l'industrie, dont ses diverses applications se sont révélées très concluantes, notamment dans les systèmes robotiques, des machines électriques, Ia surveillance et la conduite des procédés biotechnologiques. /nlAj4ZJZ/ &

[KADDOURI]

Dans ce mémoire, nous nous intéressons au problème de la recherche du point de

puissance maximale suivant la méthode Conductance lncrémentale, et le réglage du déphasage entre la tension et le courant de phase réseau électrique en utilisant la théorie de la commande prédjctjve.

Le présent mémoire est subdivisé en trois chapitres, à savoir :

Dans le premier chapitre, nous présenterons les principales caractéristiques d'un module

photovolta.i.que ainsi que les différents types des systèmes photovolta.i.ques, nous présentons quelques méthodes de poursuite du point de puissance maximale (PPM) des panneaux solaires.

En deuxième chapitre, nous présenterons des généralités sur les systèmes photovolta.i.ques connectés au réseau électrique ainsi que les différentes cascades et convertisseurs utilisés. Puis, nous prësenterons une modélisation et une description détaillée des éléments de notre système. A la fin du chapitre, nous simulerons la cascade sous des conditions

cljmatiques stables.

Dans le chapitre 111, on va exposer quelques généralités sur la commande prédictive, afin d'appliquer cette dernière sur I'onduleur triphasé à trois niveaux, qui est connecté, en amant à un champ photovolta.i.que, et en aval au réseau électrique.

Enfin, ce mémoire sera clôturé par une conclusion générale, qui évaluera l'ensemble des résultats obtenus et des perspectives proposés.

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SÜR üÇËNËËË@ËË Pffi©H©V®ËÆÆËSŒÜË

æBfÊmGRÊm:

Chapitre 01

.r..' £.Ù'.

[1] [BÔEÏKËŒR£Ï : D,BûUKHERS« Optirisafim d'u:n Système d'Energie Pùœbœï}dütique Apftcatim L" Pampœge », Mématre de Mœgist2t, Uriæerstté Mm±oisri d£ Constamfiæ, ZÛÜ7.

t2Ï £BEIÆËD|| : M.BELHADJ « Modéüsation D'm Systèn.e De Captage PhotovùtdEque AuSo!no:me », Mémoin de Matisier, universtbé d€ Beëhm, 2œ8.

t3| [BûüCHH:AB| .. A.BOUCHETAB « Goriim,nande d`un Ond&desm. Photæostaïque Coom£tié am Rés€mi Ehdrique », Mémrime d€ fin d'études eTi vue de l'otieiüorn du diriôme Master eti Ebctrût€drique, Uniœersiü de ftjei, 2012.

[1] [BEÏCKARï] s W.BEKKARI & S.SAKER «Etude comp"atim d£s systèrïtes de pampagç photovdtdïque », Mémoire d:ingérim« d'éta* en ËledhtiBtiirique, umimBrsüé de Biskra, 2006.

[51 |BŒlmER} .. V.BOITIER, P. MAUSSION, C.CABAL « Redüffëhe du mœti:rnum de p¢iissmœ sur les génémbew§ Ûhtimlùffli£s », "rimersiü de Toul®use, rie"æ 3EJ , N®54, pp 90:96, sgpiB"tbme 2"8.Ui¢rierstté BorrdenHx 1, 2GÛ9.

06} [€E§:ITÛNS : « Gestion éiœræétiqtœ des pG:3me"ix phstgtioïttiqsæes », C;œL:rs, Eœù? ïtatisttase d'ingéttieu:rs de sf t=.

[7] iËEAÈÆ"} .. MilAMÏÏ}i & A.CHEIKH «Cbmmand£ Prédicti" d'm Oisdricu:r PhotnmalttiË!qu£ CÛ#m€ti au RÉs£mix El£ctriqiii£ » mém*e & Master en éiectrtied€rique, uritmstlé de |l|EL ,2"5.

[8] tlssÀÀDI] : S. ISSAADI « Cmrït!r±ande d'u" p"rsuite dm poiri de puissmœ mmti"m (MPPT) par l€s Réseœux de Ne=irrmes

», Mé"Üùe de MastsieT, Ecole Nationale PûtytechriqEiLe, Àlggr 2Û06.

[9] |ISIDORI]: Â.ïSIDORI «NonüæaT conùol systems», §pringer verüg,198S.

[1®| |MÛIINÆ]: MOLINA MG, Merœdo PE, « Modeting a:nd contïst of grid*onmtied photœtitric e'nergy cotn:oersion §y§tem wd a& a dîs:pefsed gemmtoq.», IEEE Tra:"Ïrission and Distribution Cmfirence tmd Eacposttim, ±3el5 August 2008.

[111 EMæ*mÀ:" : M. MDULAY-A:mœr & M. Lo9hùirini, «EriLd£ et rédisœtim ti'un syshÈ"e d€ puurmrite h priHt dæ prissmœ "Œxi;mde à base de rïticroconïarôteuï desti3É à um instdlnüo:n photw®ltdique », Mémoi#e d'insérti"Œ±, uri:oe'rsité de Ouargü&,

A;1gérie, &0û5.

I12} [*ÆÆaŒ+üüŒI} .. S.MAKI.Ilf}UFI « CbtttriEbstiion à Î'Opti:irisafion des I"talhtions PhotwdbnËques pœ:r des Conmmdes lmteïüBmœs », Thèse De Dœtorat, Uriùetstté dg Bûtfta, 20T3.

£1SS tË"Bœ\3S : SPETÏBON « NduædleB Œchi:tictuæs distrib¢;èées de ggstiæm et de oonæeœi)m de ï'énei!gie pour ùzs appticœtim¢s

phQtŒidtiffiiques » "èse en "e de 1' Ûbtenfim du doctorst de 1' uri"erstté de ïl"lQuæ, |mtirier 2ÛÛ9.

{14| ip®NæRÆIÀËli&ÈllÆKHLS N.PONGRATANANUKUL, « Am:tysts md §i"uhtim Ttxris f" Solûr A"y Bœær Syst€m§ », Urii]erstæ ¢ Centrd Flgrida, 2Û05.

il5I ÎSLÀMÀ1 : F.SLAMA « Modéüsation d'um Systèri:ie Mülti Génératetsrs Pho±omolEdËq&±es mbTmnn£ctis au Réæm Electrique »,

MétïtoiSe d£ Mœgister, UstmrsiLé Ferhût Abbas de Sétif i 2011.

[16Ï {§EMASSÛ:llI £. SEMASSOU, « Aide à lti décistm pour h thcix d£ 8ibes et s3pûèms énergétiques üdapsés t"x bestrim du Benin

», TTü3æ de dùctœral,

[17Ï IZARûUR] : L.ZAROUR « ESude et stmulatim d'un sysûème d£ pomp¢ge fist®voltŒüqs±e, optis¢¢isation de la cœwerstm d'éwrigi€ », MÉmoire dg fmststgr erE étectrotedtriqu8, Uhi"sité MÈntouri de Constmü", 2û05.

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1. Introduction :

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Généralités sur 1` émrgie photovoltaïque

Chap.itT`e 01., GénéraJités sür l'érKzrg.je phôtt}rc)ltûy7Ue

'ënergie photovolta.i.que résulte de la transformation directe de la lumière du soleil en

énergie électrique, aux moyens des cellules, généralement à base de silicium cristallin,

qui reste la filière la plus avancée sur le plan technologique et industriel. En effet, le silicium est I'un des éléments les plus abondants sur terre sous forme de silice non toxique.

Ce chapitre décrit les concepts de base du système photovolta.i.que et de la production d'électricité grâce à l'effet photovoltaïque.

1. Conversion photovolta.i.que : 1.1. Rayonnement solaire :

Malgré la distance considérable qui sépare le soleil de la terre i5o.io6 km, la couche terrestre reçoit une quantité d'énergie importante iso.io6 GW, c'est pour ça que 1'énergie solaire se présente bien comme une alternative aux autre sources d'énergie. Cette quantité d'énergie quittera sa surface sous forme de rayonnement électromagnétique compris dans une longueur variant de 0.22 à 10 Lim, l'énergie associée à ce rayonnement solaire se décompose approximativement

comme suit :

• 9%dans labande desultraviolets(<à0.4 Lm).

I 47%danslabandevisible(0.4à0.8 Hm).

1 44 % dans la bande des infrarouges (> à 0.8 LLm). /Bot/KfJERS/ 1.2. Historique des cellules photovolta.i.ques (PV)

C'est en 1930 que les premières cellules PV à oxyde cuivreux (CuO) apparaissent, puis en sélénium (Se). Ce n'est qu'en 1954 que les premières cellules au silicium (Si) ont été réalisées dans les

laboratoires de la compagnie Bell Téléphone aux États-Unis. Un certain nombre de recherches s'intensifient aujourd'hui daiis le but de créer de nouvelles cellules à plus fort rendement et ayant

une certaine stabilité de leurs caractéristiques dans le temps, tout en réduisant leur coût de fabrication./JSsfflDJ/

I.3.L'effet photovolta.i.que :

Le scientifique Edmond Becquerel fut le premier à découvrir en 18391'effet photoélectrique.11 a trouvé que certains matériaux pouvaient produire une petite quantité de couraiit sous l'effet de la lumière. Pai.1a suite, Albeil Einstein à découvert, en ti-availlant sur l'effet photoélectrique, que la

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Générdütés sur l`éngrËe photmltüque "

hHmière n'avait pæs qü'un caractère ondülatoire, mais qu€ sûn én€rgi€ étajt pûrtée pan dGs

partiæuks : les phstons. L'énergie d'un phûtm est dûmée par la relatiûn : /"oZ,/7VH/ Emù#n--b£/À

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# : k cûnstanrë de PlarLck.

¢ : b vfiesse de la Lurnière. 2 : h Jmgueur d'onde,

Ainsî, plœ la lmgüea±r d'®nd€ est coLFræ, phæs 1' énerg_ie du photon est gmnde.

Donc on pSLfi dire que l'€ffet photovQltai.que est la cof"ffsion dirccte de l'érLergi€ d€s phûtons constîtuaflts ïa lumière en énergie électriqt]e. Ceffe conwersÈon particüliÊne de La lumiàrE repose sur l'utilïsation des propriétés électriqüe et optîque des matériaux semi¢®nducteurs sans avoir bes®În d'ütîliser djaqmres disposfiifs ou sources d'énergie extérîemes d'où le nom cümfiersion directe.

L4. Prin€Îpe de læ €oHy£rsion ph®twolta~Hiue :

L'effst phütüvûlta.i.qne ütifisé dans Ïes oelïüles solaires, pemet d€ coflvertîr dirgctement PénergÈe

hmineuse des rayons sûkires en électricîté, par k biais dë la prQdtüStion et di transport dans un matériaæ semi¢ondüctetH d€ charges él€ctriqü€s posîtiües et négæives ssus l'effü de la lumÉère.

Ce m3£ériau compode deüx partîes, ]'uHe présentaHt un excès d'é]ectrûns et l'aüfte tin déficit en

ékcffons, dites œspectivement dopée d£ type N et dopée de t)pe P.

Lorsque h premièæ est mise en contaff avëc la sëc®nde7 les élections en excès dans le muïériaü N difftseHt dans le matériau P. La zon¢ initiakmënt düpée N devient ¢hargée positîvement, et la zom initisttnent dûpée P chargée négativement. 11 së €rée domc emïie elles un tiamp électriqæe

qui t€nd à æçpousser l€s électrons dans k zæ"= N €t l€s tæœus v€rs la z"ie P. Une jonætioH PN a éSé

BS"É. |PETI BON]

Figure l.1.Principe de fi}nction:nernent de h cdluh PV

`Uflrieriie%ùtiame££c&diüftmcYjtiia,-JIUE£

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GénératitÉs sui l'énerste phatwoltdüque ææ3E#'. `.

H. CeHœtes photovdtæ.i.qu€s :

H. Ï.Téchæol®gî¢s des "lhlë5 photwdtaïqt]es :

LescellülësphstwüIïaïiqu¢ssontdescomposantsoptoélectmniqüesqüitmnsform€ntdire€œme"

Ia lumiÈrÊ s®Ëir€ en Ægçtri£jtég eü£s smi réalisÉes à f'&idG des matériaux s"΢œnÆiÆeurs.

IISIDORI]

1] existe trois principaüx t3pes de cellulæ à meure actuelle :

H.1,I. CünHes mo"Fîsta]lines :

Les cëmi±es mQnæristaïlimes sûn£ ks phfftopiles de k pæmière gÉné#a£i®n, elks soÏ]t élaborées à partir dttm blœ de sÈIÎcium cristallisé en un seul cristal. Les cellules sont rondes ou presque carFéës et, wes de près, elks ont Lme couleur unîforme. Elles ont m tamï üe reHdement de 12

à 16 %, mais lÊ méÉhede de produrion est laborieuse et diffi€Île, et donc tiès cher, car il fid tme

graœde qmüüi& d'éftergie pour ob¢enir du cristal pur.

Figure l.2.CeïEu]e "Ûnocristaltime

ml.2. C€Hules poTyLcristællïnes :

ïÆ=s ceüüles pcrLy¢ristallines sont ékborëes à partîr d'ün bloc de sfficîüm GristaËisé en foHnë de crist"x mültbles. Vuës de près, Ûm peut voÉr les orientatioms dîffipmtes dss cristaüx. El]es ŒTft ün ffindemem* d€ 11 à 13 %, mais leur coût de pæc]dmtîæn est m®ins éh=vé qLæ Ïes œüües

mst"risEallîü£s.

Figwe 13. Cëll:u:les poly-cristaüi:nes

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Gémériüés sur i'é"gie fieotovnoitaïque æËTEEE

II.l.3.Lœ €€Hules amorph€s :

Ellës on£ üm fiible rendememt {8 à lû %), mais ne nécessit€nt que de très faibles épaissëurs de silîcimL Æ ont m coût peu ékvé. ËIJ€s sont uti#sées couamment dans les prodüit§ de p€tite

cûtisommation, œl que les ¢alculætriçes sokîres ou encore les montffis.

Figure l.4.ŒI±uh§ amotphes

ll.Z.Chaîne de prüdæffion d'én€rgi€ :

IÆ psiissænce d'une telle centrale est pÛopofiiomelle à h surfæe de m®dml£s installée. L'énergie est prûduite par üne ¢enftak pho¢ovolta.i.qüe grâce à la lümière du s®bil.

t I+e rayûmement dLi s®leil sur les mûdüles phütovoltaïqües {1) €st tfansfûmé en courant

électrique conünu acheminé vers m onduleur {2).

• L'onduleur conveïtit cefte électricité en courant aïtematîf {3) compatible avec le réseau

életique.

• Un mmsfæmaœür {4) élèv€ la tffision avant ] 'inje€tiûn dë ]'éle€±ri€ité par câbl€ {5). L'ëœsemblÊdesélémemtscmstituantsunechained£productiond'élecïricitébaséesurdescapteurs phûtovolta±"ques est prÉsentée sur la figme ciüprès :

Figsire I£.ŒmqiosœtÉ primripœïLx d'uœ duftœ photQuoüaïque

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. |ç±±± ŒriÉnü.aéss#rJ'émgïëpbfo"J£ffipÉg gïgE:

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II.3.Ar€bi*estir€ d'me €entrat€ pht*wdtæïqüe :

L'énerËe s®laire pho¢®voJtaJ"qœ déstgne l'éLectricité prûdriœ par transfomatiûn d'Lme partie dü ræyonnëment solaire atœc um ceHub phûtwÆtæËqüe {Ü1}. Plusî£"s ceHuks s®nt reljées enfl€ glles et fûrmeffi m mœflü]e {Û2) photovültaïquB, L'ensemble d€s modülçs fûrmçHt un pæ\bn€æü sÛŒaîre {ü3).Plusî£urs panœ®m qui sont regrDtipés dans une centEæl€ soÉiæ phstovolta.i'que sont

app€lés €hamp phüwûltæïqüe {Ü4), ce demier est ¢cuphÊ au réseau d'éleçüieité à tmvers m

ondu]eur.

Figure l.6.Sdhéma de priisrip€ d'ur€e cmtRale sû3Lti:re phoùmmaïq" H.4. Modèl€ éteetriqü€ d'ün€ €elhik phot®vdtæïqüe :

Génémlement, kL simüktim du compæüement des mûd}=les PV est basée sur leür caræçtéristîqæ (Iëv). Pom cet obiectif, plüsîems étifdes ont é€é présemtées t&îlisant djffërents modèles mathématiqües.

Ïl existe plusieurs modèles de la cellule ph®toïfolta.i.qtæ. /BoZ/ffTZERS/ H.4.l.Mlodèæ d'üËë æüüï€ s®laîré idéæk :

La phûtûpile £st m cûmposant semÉ¢Ûndueæa±r qüi dëli¥æ un œurant £n emi£ant æ d£miff paf

des É®toHs, dom en premîèæe gpr®rimatiûn on a ime sour¢e de c®uraHt, qüi est œurt¢ircuitée

par une diæde (car la photopîle est m€ jon€tion P-N).

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iiiiiiiiiÊËE GétÉnzütés sur rënerste phùtû"3b3Ëque ææ

Figt£#13.SchÉméü±ctriquËidédd'u#Sœftfl3£phstgwktüque .k eû±irænt aüx bûmes de ±a œ±luk est :

I-IFh-Id Àvec :

Jd - Js I€p #j#) - 1]

Et:

yr=Ëï

g J# : Ph"o €Œr&Ï# æH A. J# : €o±ffant dg h dibde en A.

JS:€aŒamdesa"ga#m.

y : T€z#ÎæÊ aiix b®-mËs dÊ h ælü=*e ffi V.

i4 : Fæteur d'Îdéalité d€ la dîode.

Æ:Constan±£d£BOËzmam{ljs|.Ï0-23},ÏK e : Chærge dë t'él"triDfi { 1,602.1Û-]9). C yF : Teïàsiû" Ïhëmiquæ €n V. F : Tefflpéffime dÊ h celhrie en K. Œ.2) tl.3) tl.4)

H.4£"®dèl£ Héel simpHHé d'm£ cemb phot®vdtaïqu€ :

Ce m€*dèlg est æpæsenæé à la figure l.8.Une résistaïÆe sérîSjBs est ajæutéç par rapp®ft au müdèle pïécédëïft. Ce±±e rÉËistaü£e rëpréseïïte Jes përtes ohmiqües dü matériaü. /7S7DOÆ//

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fflü Gé¢æégid±±és §" i`étær* fitoüoüdque æ¥æËB

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Figtml.8.S£1&émad&iiaaadè3erédstm:pbjfiéd'w£cdhLù3phDttïiJd±ùËque

H.4£.MSüèlé rÉeï ü'më eëEkhÈ phû*ÛÜ®üaïqüe :

En €e qui €*:±m€ernS le ¢®mp®r€ement d'ume cez±u]£ sûlæire réelle, dÊux résistaï±ces païïæsiæs somt

priËËS æn c"s±déææîæn püür utæ Æes€ripÈæn phis ëxaæ.

Figuæl.9.Sdté"aËuri¥cri±æ!ectriqueéqSriua£gut#u"œïl3ihzstiti#e#édk

Æp:résîstancëpara#èLecarætérisantlecüürantdefiiiï€àlasürfi*cedeÏæcellübdûaünonidéali€é

delaj+m€*ïænP-N£tdesimpurg*éspæèsdelajûHœtiûn.

ÆS : résistance sériæ> rçprésëntamt Les di¥erses résistamces dg con±aæt e€ !æ Eésistaææ dü

semi-€®mtiüctËtm.

Enpra±iqüÊ,hrésistameparÆüèleÆpes€tBèsimpçrtante{dgÏ'ŒdrëdumégaOhm}Ælarésistance

strie ÆS est très fai"e {de 1'ÛrdïË> de qüelques mi#iœhms).

lÊ ¢om:amt de s®a±ie f"imi par la pîle sûlaire est ®btemü en ûppHqLËffi Ïà 1®Î de KÉrÆhaff, dËns !€ ciæcui± équivakHt €idëssüs :

À pæ"ir dÊ h flgüËe ü.9} m Ë la relàtiün süÎïz"te :

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Généraüsès sur l'étœr* phœtowstaïque æ¥:çg\

(1.7)

¢.8)

Œ.9) H.4.4.Mbdèïe double eËpûnenti€üe :

IÆ figme Œ.10) mffltre 1€ ciæcüit éqüivaleüt Æe la œlLüle à deux diodes : dans œ m®dèle, ta diode sÜppléFneBffirç modélîse Ïa gëæér#iûË/re¢ombînaisûn d€s pûr€eims de €hafge dans .la zone de ]a

c;h"ge;. |BOUKHERsi

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IrRs bFÈpv

Figu.œ l.10,Mcdèle à deux diod€s d'uœ cdki:h sdlGi:s¥

À paftir de œtte figüre, on a h relatiŒi suivamte :

i -~ïPH -id,-id1~ip a.iŒù

D'urïe fæffl géHéïale, on peut mettæe Le oircüit élætrique équÈvalent d'me cellule s®lairg fm

schÉma bïœ compŒtant quatæ pararHètæes. {figuæe 1.9} :

Fig¢sm 1.11.Sdséma b3oc d'me ceïlule PV

Avec deux variables d'entæée :

Æ : enso]eîIlememt dans k3 plan de la cel}ule W/m2

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r : tempéraftme de la célhile Œ}. Et deüH variables de sûftî£ :

j : iÆeæsité du cotmnt foumi par la cellule. -F' : terffiim aux bomes de la œllule.

Gaœéraübés sw l'énerste photœoitœque FæËæE\

II.S.Camctéristîqüœ d' ün€ €€[tule pholwolti~uue :

Une ceHüle photovolïai"qne est défîHîe par ces conrbes carætéristîqms éleriques

(€oÏHmt-tensiori) ët ŒuissanÊe-tension). Elles Îndîqtæm la variation du courant et de læ puissance quelle pæûdLLît en fûmtiûn de la tënsîûn entæe €Œ bom€s de b ællulë depüîs k €®*}rtcimæit jusqü'aü circüit ouvËrt œmmÊ l'indiqü€ la figure fl+12} Les GaractÉm.stiqu€s élÊcffiqües de h c€llüle

p€went être détminées à partir dës courbgs ¢-V}, ces carac€éristiques sont : courænt da

court-circHiL teflsion en circuft oüveri3 la puÎssa±ice maximal£, et le fæteür de forme. /Bot/CffE7HB/ Ce#e couri3e est établie dans d£s cûnditiofLs ambiafltes de fon€tiomEemeHt dænnées (répartftion du my©smemæ" dfflmée, mûdüle PV à Ïme Ôempératïm dûnnée, air ambiant Sîrc`ül"t à Lme vitessÊ dûHHée}. En effit, le fonctiorinemem des mûdules photomltaï.qües dépend des €cmditims d'erLsokillemæflt st d£ températLm à la surfiLce d£ h cellule. Ainsi, chaque courb£ coimant-tensîon €Qrr€spond à des conditiorEs spécifiqües de fGnctionnment. Si pæ exerïiplg la tempërafimg de la

surftice évolue, la cûuri}e n'est plus la fflême.

NousverroBsparlasuite}'inflœncedelatempéramreetde]'ensæleîll]ementsurlacoutieœ"amt-tænsîon.

CmctéfttiqLie ia». Eæm WM2. Ü2ft

S,.543.Si2.:1.S10.50 ~-.-S_!<,.---J-"+:J -,--_`,-+ -hpgJ--.-.--,-li" ]t,l," 2hc1 ><.- zht3II _ >r"c]ü J \\ \-- , ., _. -`-.,1'h~--~ 0 5 10 15 rjp 20 y„ 2 T-ionm

Figi*re l.12.Ca:rac±éristiques I(V) et P(V) d:ume cdliL1£ phûtowl±aïque

La figufe 1.12 représente trois zones essentielles : /Z4ÆoZJR/

a) LÀ zone {D : où !e €®um*it resœ ¢omstant qiielle qtæ soit la œflsiün, pour cett€ Ïégion, k

génératem phûiüvü]ta~"ü£ f"€tionne comnæ m généraœm de c®ümmt.

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Généralités sur 1' énergie photovoltaïque

b) La zone (11) : correspondant au coude de la caractéristique, la région intemédiaire entre les deux zones précédentes, représente la région préférée pour le fonctionnement du générateur, où le point optimal (caractérisé par une puissance maximale) peut être déterminé. c) La zone (111) : qui se distingue par une variation de courant correspondant à une tension presque constante, dans ce cas le générateur est assimilable à un générateur de tension. II.6.Paramètres des cellules photovolta.i.ques :

Ces paramètres peuvent être déterminés à partir des courbes courant-tension, ou de l'équation caractéristique. Les plus usuels sont les suivants : /n4AKÆ[oUFr/ & /MoU£A y/

II.6.1.Courant de court-circuit Jcc' /ycc=OJ

C'est le courant débité par la cellule lorsque la résistance de charge est nulle, On obtient sa valeur en branchant un ampèremètre aux bomes du module.

II.6.2.Tension en circuit ouvert yco /rco=0/

C'est la différence de potentiel mesurée aux bomes de la cellule, la résistance de charge est infiniment grande. On obtient sa valeur en branchant un voltmètre aux bomes du module.

II.6.3.Puissance maxima]e :

Dans des conditions ambiantes de fonctionnement fixes (éclairement, température, etc...), la puissance électrique P disponible aux bornes d'une cellule PV est égale au produit du courant continu fourni 1 par une tension continue donnée V.

p=v*J (1.11)

Pour une cellule solaire idéale, la puissance maximale Pmax correspondrait donc à la tension de circuit ouvert V„ multipliée par le courant de court-circuit J„ :

Pmax =yœ 'Jcf (1.12)

Par simplification, 1es professionnels caractérisent un module PV par sa puissance nominale aux conditions de fonctionnement standard (STC) (en général un ensoleillement de 1000 W/m2 et une température de 25°C)

II.6.4.Facteur de forme FF :

On appelle facteur de forme FF le rapport entre la puissance maximale fournie par la cellule PV

(PppÀ4 ) et le produit du courant de court-circuit J„ par la tension de circuit ouvert y„ (c'est à dire la puissance inaximale d'une cellule idéale).

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Généralités sur l' énergie photovoltaïque

FF-_ÏÏÏL

V co .I cc

Le facteur de forme FF est de l'ordre de 70 % pour une cellule de fabrication industrielle.

(1.13)

II.6.5.Rendement de conversion :

Le rendement des cellules PV désigne le rendement de conversion en puissance. 11 est défini comme étant le rapport entre la puissance maximale délivrée par la cellule et la puissance

iumineuse incidente E„ .

„ = yLË£z±±zL (1.14)

P,„

Ce rendement peut être amélioré en augmentant le facteur de forme, le courant de court-circuit et la tension de circuit ouvert.

II.6.6.Facteur de qualité A :

C'est un paramètre dépendant de la qualité de la diode (compris entre 1 et 2). 111. Les modules photovolta.i.ques :

Les modules photovolta.i.ques sont des convertisseurs d'énergie lumineuse en électricité, donc par définition le module photovolta.i.que est un groupement des cellules connectées entre elles en série

pour générer une puissance électrique exploitable lors de son exposition à la lumière. /BEKK4JiJ/

La figure (1.13) représente un module photovolta.i.que.

Figure 1.13 .Module photovoltaïque

III.l.Influence des paramètres sur la caractéristique I (V) et P (V) :

III.1.1.Influence de l'éclairement E :

La puissance délivrée par un générateur photovolta.i.que dépend de l'irradiation qu'il reçoit. La figure (1.14) représente la caractéristique courant-tension et puissance-tension d'un module photovolta.i.que en fonction de l'éclairement, à une température et une vitesse de circulation de

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Générütés sur i`énerüe photovoltŒSque ==;EËH

l ' air ambiænt constantes, /BOZ/ÆWEÆ£/

Ch remaqüe qæe la tension Ï' z_ €ŒHesp®ndmt à b püissam€ maximalë m vrie qLæ très pëu

en ftnetiün de 1'é€hirement, contmirement au couffifit lrma# qüi augment€ fürtemënt aiFec

l'é¢lairemeHt. 43.533!19Î,;1 -_-__-

-

-

-i!, _Edoeo_E±eoü_wlsd2w,h£ 0.50

_Eltm_Et"!

w/mavNlm2 5 10 15 2Û 26 30 35 œ 1 "Émlm du nrib A/}

Figure l.14.Irïf tœœnce de l'éëlnimenmt sur ùz caTastéristique I (V) et P(V) a:c--25®C)

ml.2.Imflü€Hœ de k t€mpéraflrë T :

Læ tmpératnr€ ëst un paramètre très impodan* dans le fomtiŒmement de§ ceïlüles phûtovoftaËqües par€e qtæ les prûpriétés électriqugs d'ün sgmi-Soæd**cteur ssnt tFès sensibles à *朜pè"ft"e.[BouKHERs)

La figure (1.15} représerLte la caractéristiqtæ coimmt+ension et puissance-tensim d'un module

photwolta±.qtæ en fonction d£ h température, à m éclairement constant.

On remarqü€ que l'augméntation de la tempérûture efitræîne une dîminuti®n de la tënsion de circuit ®u+fieft, aîæsi qu'um dîminutîon de ]a puissance maximak.

43.aaâÎ2':8„10.5 -

_

_ '

¥i-0 S,0I

T-

mdu tmltl Ϯ

Figure l.15.Iüftumœ d£ h tempéirature sür ù3s enïœtéristiques I=flv) et Pæffv)

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[ |£¥+ C#ÆZÉSssmJ'ém#pbfowzÉdpée gffi

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HI.1.3.IBflüŒcë de la riésistæn€€ sérië ÆS :

La rÉststamge série est la résîstanæ intem£ dg la cellüle3 ëlk dépend primîpalemefit dë É résistame dü semi-cûædmtëtm uti}isé, de ]& résistænœ dë contact d€s grilles coüecüiœs et de k

æéststivité de ces grilles. /Boz/:KÆrER£/

IÉ imrition de k rÉs£stance arit hÊÉèmÊn± sm k poim de püissanÊ€ marimale, mais ÊH€ n'a pas

d'Înffl=Ënce sur k coim"t d€ cour£*imuft ni sur h tûnsion du ri€ü ouüçœ Gomme e]le montæ la

figureŒ16}. C.nnéitdp-iao,E-ioowh`2.T#c I 8,.5+3.Siz,:té1Q.§Û Rs±8 ûbm---".1mfb=ù2ntæ---R#O.Soh,fùE=O`40m -..,. =.-.,-.*,, `,\

-

§ Û 1§ æ 25 1l"Onm

Figure l.16.Irïf tuence d£ h nésisttince strie sur ies cœsas:térisüqaœs læftv) ti P=ftv)

III.1.4.IRÆue怀 d€ fæ€*€üf d€ qüaliÊé A ..

L'aHgmemtætim dü fa€tem dë q"liïé de la diode ÎnfluEe inwrsëment sur k point de püissance maximale et cela se traüïit par üm baisse dë puissance au riveau de k zone dé fonctionnement, comme elk mome la figure û. 1 1 7) cidessous. /BoZ/ffzrER£/

CimetéF!Btigie qï), E=ttm W"f, T=25.C I ô.53§a.5Ë,.:1®.50 •< -1 •-T:- `r : 1.4Ï,7

+

•2 \ 5 io 45 2® é5 ünmM

GaFactéÂelÈqœe PûO, E=1ÛûO Wmf. TJ=2Sec

ÔOæÊmÏœ2Û100 1 •Z - 1.+1.7 7'

+

-,-2

/

1 r+ 5 m 15 æ Ttnsim M

Fig"e l.171nft:uer¢æ du fiœteur d€ qudtié JÀ' s#r t€§ cœta£téristique§ I {V) et P{V}

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GÉné"tiüs s" t`énæïÉe-phatcûoï±amee " HÏ.2,Àsæœeîæ*Îon d€s mdules :

1# mtiulës peuveiaa: ê±iæ assÊmblés en panneaiix ; eu2!L mêm€ iÊÊerËûmmstés pmr fïmeff un

ÇËamp dg mæduk. Dans üme iæs*a#ati#ü, I'€nsëmbk des cJmmps dæ modulës mmÉi£ k tifflüp ËüiovoltaËque.

H y a üaFig Srpe§ d'æsociatîüH :

H£2.iLÀsstH±ÈËm Sérië :

m"græLFpëmërstffisérie,l€smüd"ksËomttmversésp!;ærkmê"ec®tmÆtethcamætÆstiüæ

rëgülsgtsÈ{çdüg±Ï>{]qpæq;=}æffi€effistriëe#¢SSgn#pa:raddî±±Û#dÊstÊnsâ®#sà¢ûürËntdtffiËé.

Figw€1.18.ÀssœiÆfim!sËd€usaas¢d±£ÏæfttiœdËæüu£sœséri£

L£s £ægtÉristîqHes résHËanæs {I=f {V), Pff {V)) übtenües en associfflt eft sériÊ fts mÊdülËs

idëHtiqtæs soHt rËPFÉffinüées par k figtffe Œ.19) : /Si£AAffl/

Cmctûtstii)ue PM, E=taoowm2, T=Z6-c 300258200ÎfflOLm50¢ ---tHËï---tBæ2fp=3---nË ( J,-'_ -'-..---o- tS æ æ ¢ ff ff 7Ü Æ œ

T%"

Figu;œI|9`ŒrmtéristiqiiesP=Ê:fiv}&l=S(V}d'uflgnD:u3?e:me#±d£nsmoduh§emséri£ H.2É.Ass®ciatîon Pa~ræ!Ïè]€ :

L'ûssœiæion en paæælËlæ dæs modules phûïŒvûlta.i.qüæ délivæ Lm €Ûimnt égal à h scmme dës c®i]imæmt§ iffid§vidüël§ €t üïae tffisiQn égalë à œl!€ d'Hn sëul miœd=lë.

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Géné"litéssu:rl`émËephotæolflque

La figHre {IÆ) repFésç"e une associæfl'" ds #p modules en parallèl€,

Figm l.20.Assoc±œ±iam d£ np moduhs photœzoüŒïques en paml&le

IÆ €ame€éristiqïæ d'un grûüpemmï de flp modüles solaires en pamlff}l€ est æprésen±ée par la flgHætl.2Ï), Can¢iéristituPm,Esioû"/m2,Ï=æ.c 11_{2ümi"Étooû0} --` ~-, !t\ 5 to 1$ 20 æ

lldË"

FÉguæ l.21.Carastéristiques lffv) et P#V) d'un grvupeme"± de np moduù2s en pmïüÈb ÏII.23.Assœiæ*Ωn mÈËœ {Séri€ -Pæræltüe) :

Poüf Émüir mie sætisÊ:c*ion en comant et em tensiûn, m £st stfigé d'ütirfser im grëupemm mixtÊ, c'estihdîre Séri£-ParaüèJe. 1a Êgime ¢22) pEésëÆe L'associatÈon miËe des modiries.

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Figizæ l.22.Associsttio[n mïste de ns * T\p modùùzs Photœoüaïqtæs

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Géné"übés su:r l'éngrtie phL]tûüdtdëquc =E9BE

L3 cara€téristiqæ d'uH gr®æpement de 7Ïs *æp müdüles s®4aiæs en Sérieparalæle est rHHÉsentéë par la figtire {123) :

CafacôéristküÜ}E=toûow/m2,të25.¢ 7£6-i:210 ry' tBt1.npE1--~nB¥2.npœlnsæ'ÏP2--rË*&œs2 \` Jl r, _ 1 5 10 œ æ æ æ æ 4Û 45 m S5 T"bnfl/) Oæcœi}etqu. PÜ} ë=iooowhz, T=æ®c 260ÎOOilü --- nœ l ,tw1---"mârplnF,,nplla tttrtt 1 1 1 1, '1 _ 1 - r6EiJtÆ ljjljl111111 11 ® ---_-Ëlœgû0 11 `1 1 1._~-+-,`~ 1 `1 111 +--1-111 --.-..-,-1.-,_ -. .1-.:.-..-;--f~.`---,`..l . _-_-Ï----..-_,---.--.-..-1---..----+ --..'--. `_,Ï 1 1 1( 1 1 1 1 5 " i5 æ -æ æ 35 n é ll"Onm

Figime l.23.Catœtéristiqws I--ftv) et P=f f v) d'u±;t gfo"peme±st mÈxte de ns * np mûdml£s

IV. Re€ü€rcüe dg poiæt d€ püissaææe marimal ®4PPT) :

SÎ ft;s valçürs des paffimètæes du mrièle maffiématîque dü paæneau sont cûnnues, alûrs Je coLiram

et la temsiûn dü pamemi pewent être calcülés à p3rtiï des mesmes de l'ensoleîllment et de Ea

t€mpératLHre+ Iæ tezBion y" peut êæ dirÊctem£Ht calcu#e et €hûïsÈe cmrne œnsion d€ fûnÆæmi£mfflt dü pænmatL UH tÊ] alëûrithme est ûppelé algûrithmë ÈÆPT basé stB. h= mædèle.

|PONGRATANANUKUL]

Bienqu'intéressant,¢etalgorithmen'estgénéralementpaspratique,earlesparamètpesnessntpas comus ævec ce#Îft*das st peuvent varier coæsidéffibkment d'un pa=infflu à un autre dü Mëme ftLbriÊam,Deplus,lec®ûtd'tmcapte±irdelümièrgprgcisüyromètre},faitqœcetteMéthûden'est pas réalîsable.

W.1. mîlosophî€ d€ la MPPT :

Les m®düles photovûltai"qæs sænt "ffisés pour f®umir de l'énergie dans de n®mbreuses

app±icati®ns élecüiqtEes. Pour ®btënir la pui§saû€e maximak du panneaü solaire, un suiveur de pÛFint dS prissanœ maxima}e (MPPT : Mûximum Power Pûint Tracker} est utilisé pom cûntrôler les variations de la cara€téristique courantiension d€s modules. NŒs awons vu dans la

présentstîûïï dës mûdules la €ara€téristique d'me celluks et l'évühftîün de cetfe carætéristique en

fûnctiûn de l'éclairement ou d€ la températme.

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Généipdètés s" i`éncrË£ photaûo±SdEqu€ .æËFEË

Lë œm? nffiT sigH±fæ : Püürsui{3 dü P®iHt æ Püissance MËËximalæ. ÏI Ë'agitï par un müyen {à t"¥iff},d€±vÊËirseplæersmkpœÉÏ3±ma3EimümdekcamætÉristiqueempüiËsæmæe£dÊpmvoir yË{;g±grqSü±1±esqit}gssiffitksvaria;*±oægdglëtËpérafizre,ensQh3±±±ementÜua"Ë.

Pffm æ¥Bff læ mç#±mÊ £>€m±±e:ri" g#tFÇ k géHé*æ±e*zr pbû¢Ü%]taïï.qæ e€ k ëhffgæ et pfodirie La

prissamce mariat£f 1£ üPT} a été dével®ppée depuîs 196S, ces gemæs de coffiÉletffs Ê>m£rfi

lS généræteuï à trawîller à s®n Maximtm P®wer Püint OÆPP) Înduisarit uÆe améliürati®n du

iÊeamùæ3nr*æmkü"ç5FstÈEr[Ê.[BOUKHERS]

LftstrË*égiëdærœh€æe±±edupûiïftdepüissafiüffiaximal€€stŒlæerçprëæmtéesürÏafigtææ¢.24}.

FigS][geÏh4PrimcÉftd£taTÊchrcÆœdupri:ntdepÈrissŒtiœmaximfih

W£. DîffiËrenæeË métiÆ & k ftŒPPT :

Æ y'a pÏusi"rs fflé{hœd€g de H#hÊ#ti€ dü PPM .€ës "é*htiffi vari"t seïffl Ïem üfflplëxité, lëuï riæssg dg c"tfieïgëüæ, km æû*, k Hûmbæ dë fia#ëmrs fiéëessæiæsg IË type d!i"ptém£mtati"

{malqgiqu€ Œ mufflériqœe) arisï qü€ leur &grÉ dï€ffieacité. /BoucHEz:4Æ/

Parmi €€s mé±h®des ¢n cite la méffitie de €®nducÊamcë iHcrémeHtælÊ, la méthûde de përtürbætion et Ûbsërü±iümf La rmÊthædz= a ëæmÉBe réætiûn dë cümaü les méthcdes à base d'iïdeüÉgænce

&tiftàstÊ£ . . .æt#. [BoucHETABi

I¥Âl.MéÆæiÆ]e d€ P€rtiriætËm é* ®bstï"tîûü Œ'&O} :

La méüÆdÊ de pÊmiiri±atî€m Ët dbs€rvatîûn {P&0) est tme affiroche Ïafgemen£ réFanduÊ dans k FeëherÊliedenmppamüqn'ellëests-impleet€xîgÊseïileïï"tdesmesüBësdetën§Îonetducoüffimt

du panneau ph{rt€iF`iii/olta.i~que ypy et Jp reçpec¢ivement, elle peut dépîster le poînt mrimum de

pÜÎssa±Lce même k}rs dës vftriatiûns de l 'éSkirement gt dg b tempérætüæ. /iis:S4AZ}7/

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IIIËE

ænéraütés sur l`émerüe photovümque æ="

Comm€ s®n rLom !'Ïndîque, la méfiodÊ P&Ü fon€tionne avec la pefti)rbation de la tensim ypy ët L'ÛbsÊrya±Îim de lti:"pa€± de cÊ chaægÊmm± sur Za püisËam€ de æfti£ dü pazm" phgtovûnaïqïLe`

Si la valeur de la puissance ætzieHe du géHémeiH est supérieure à Ïa vaïeur préoédente stors m garde Ê même directiûn de permriatiûH ptiécédemte sinoïï Œ iftverse la për"riation dü €ycl€

préeÉdë"

1. SÈ Âpëst pûsitive (la püÎssamÊ cr®ft} doïæ le point de püissatæe maa£imale {MPP} n'est pas

attëiüt, dans œ cæs on garië k mêm€ diæctim de pertüriætion de h œHsîm de fl}nffl+omement

d±i pam£au PV {Fîg. I£5.a).

2. gz.Apest égale à zérû dûnc le marimüm est atteint.

3. £z.Âpest négative (la puissænœ dîminue) figme l.25.b, dûm k} pûint de puissance maximale

est d€passt, dans €e cas on imerse le sens de perturbation.

C.m"sliqu Pm Ealooo wm2. T=26oc

11_{70eoâ0Ë" lp,,1_11wppL} lËË& l ,.-,r 1 ##*•~p,\,-_,***,+J,*t+^1,,®,,~,^,-*,,*,*+^^+o,.,,_<®.`.._>\`.,,)±*.-+ 1 1 _ 1 1

-_----1-=-4-.`)

1 dp,O É3o20100 ^•--.-_.-,.---.-1,---.--.1 ---+ :dw1 Ê 1 1, 1, 1____J____.____16bRLimM

_J

.§1o 25

Fig.I£5Aspri#tipedeftnctionne"entdsiip&ÔœrsüMPP Fig. I.2§.b PrindTæ de fimctim:nmm± du P&O tŒh dm MPP

I.a figure ¢.26) représënte l'algorithme clæssiqi±e assûcié à tme c®mmande MPPT de qfp€ P&O, Ûù l'évû]"ion de la pnissançe est amalysée après chaqz=e pe"]riaLion de tensiûm. Pour æ typÊ de cûmmazïde, deæx efflæeurs {c®m3" et tensiûn d» GPV) ËOHt ÏÉéessaires p¢ur dÆeminer ta ptrissan£e dH PV à chaqüs instant.

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Générahtés sur 1` énerste photovoltaïque

Figure 1.26. Algorithme de MPPT à base de la méthode P&O Telle que :

PPV„ : La nouvelle puissance.

PPV„ : L'ancienne puissance.

LLV --VPV n -VPV n_i

A+p -Ppv '1 -Ppv ,.+

La méthode P&O est largement utilisée de part sa facilité d'implémentation, cependant elle présente quelques problèmes liés aux oscillations autour du PPM qu'elle engendre en régime établi

car la procédure de recherche du PPM doit être répétée périodiquement, obligeant le système à osciller en permanence autour du PPM, une fois ce dernier atteint. Ces oscillations peuvent être

minimisées en réduisant la va]eur de la variable de perturbation. Cependant, une faible valeur d'incrément ralenti la recherche du PPM, il faut donc trouver un compromis entre la précision et la rapidité. Ce qui rend cette commande difficile à optimiser. /BOJ7ïER/

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GétÉrdi:tés s" l'énprste photûTriolüque "

ÏV.2.2.Métbod¢ de c®ndudæn€€ in€rémenffik :

Dans €€t algŒi±hme, 1a dériïriée de k puissanæ dë sûftie du panneau est caL€ulée d'üHe autre

m3nière. Ëüe est calculée em fûnctiûn de la t£nsiûn V et sa diffëreûë¢ dv €t du œumnt Ï €t sa diflërence dl. Ce#g dérivée est nü}lg au pSint d€ puissance ma#imak, pûsitive à gauchç dü MPP

etnéBætiweùd±®Èûe.(MouLAri

lja puÎssanee prûduite pæ le génémœur PV peut être exprimée par :

Pprv --|Prv yprv Œ.ï]}

IÆ conductance et rincrémentation de la conduëtame peuvent êtæ identifiées en dérivmt l'équa±i" par rapp®rt à la tension Ppy :

dyp'

±d9fFÏ_=±+dE

Vpvdvp„ Vpw dvpv

Arisi ün a noté avec G h condmctance et avec A G 1'irmrément de la conductance :

G-_I¥

yp

AG-#

Cain.=æœstlq]tPa¢£=]ûœi«m2,T=25.c 70eo50 1 ï dpMu=®

•+--`-dp/dv<0.`,~`-___.-_ ---1---+-.---`---Ê"Êoo ! 1.--.-_-+-~----t"dvbo l1 _-_________J1 1 æ _---_--_-1 1 1 Ï to0 111 5 10 46 æ æ Tm'mM

FigEsze 1.27 .TrÉeetriæ de cu"2ergemÆe par lswr]émm±atim dc h CmdiLstm£e

`Urt*œrstæ"dâgme£Stiæî&fBœqRÆ-JlgE£

(1.18)

¢.19)

(1.20)

Généralités sur 1' énerste photovoltaïque

I

I

1

1

I

I

I

I

I

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1 1

I

1 1

Figure l.28.Algoritlme d'incrémentation de la conductance

On peut écrire aussi :

• Æ!L > 0 : Le point de fonctionnement est àgauche du ppM. dvpv

1 Æi=o : Lepointde fonctionnementestsurle ppM. d',,"

• ÆL<o : Le pointde fonctionnementestdroitduppM.

`./' 'r

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1

1

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HH

Générdüés sur [`émerùe photoüottæque g¥EH`\.

3S0030002mÊÈ2ooo0Ë O L ". L L L LJ®*dp,'dv=0d:>À:>o/ï:À:"

g '5oo'âjï0005000 /,'.f-i'!VfwVF„

>tst,,,,`,,,,

8 50 100 150 200 æo aco 358 4ü 45Û la tensm Vpv W:i

Figi&æ ï.2Ë.Cmastéristiques de fionctimuiaemcsti de h nséthœd£ par inriœen±diœFHj de cmsductibïüæ

V. IÆ dîïËëreææ typæs de Sstèmes phûævdtæ'i`ques :

14es sysEèmss phot®vûltà.i.qües so"t actLH=1EemËÆt divisés " dëux gramdes catégories : l¢s systèmes

atitûnomffi (œœ cûmecsés æu rÉseau) et læ systèmes eoup!és au résëau. /SEAÆ4Ssot//

V.I.L€s systëmŒ dotwoftàïquŒ autmom€s :

V.1.I.Le mode amtûn®ms :

Iie§ systèmes phût®Üolta'i.qu£s à alimeHtatiûn a"Ümnie nb" pas m ra#cŒd€ment à m réseaæ él¢e±riqü¢. Afift d'assuær l'appmwisiŒnemënt efl ¢ou"t ék€tiqtæ fl®tæmment dans 1# temps sams rayûmemëût (par exempb peËdaüt Jæ nu#} ûü avec k rayo"ment très bæs {par £aÊmple,

dans les cas de fùft€ nébülos.rié), ks gstèmes aHtŒiomes ont la plupad dii temps tm ærstèmÊ de stockage. Si ces systèmes s®nt employés seul€ment pendamt le moHi€nt Ûù le FayormemeHt est

suffisaHt pûur foümir le couraHt électrique direcœmëHt, tm Sstème de st"kage n'est pas néSeËffliæ.