DTC d un MAS utilisé pour l optimisation des performances d un panneau photovoltaïque

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1 Revue de Enegie Renouvelable Vol. N 4 (28) DC d un MAS utilié pou l optimiation de pefomance d un panneau photovoltaïque B. Mokhtai *, A. Cheknane, A. Ameu,. Mokani et B. Azoui 2 aboatoie de Recheche EDMASD, Dépatement de Génie Electique, Univeité Ama ilidji, aghouat, Algéie 2 aboatoie de Recheche EB, Dépatement d'electotechnique, Univeité Hadj akhda, Batna, Algéie (eçu le Décembe 28 accepté le 25 Décembe 28) Réumé - Dan cet aticle, nou popoon un ytème de pouuite capable d oiente un panneau photovoltaïque pou aue un maximum d enoleillement et pa conéquent amélioe le endement global du ytème. Ce denie et compoé de toi bloc eentiel: un bloc de captue de l enoleillement, un bloc d oientation du panneau et un bloc de tanmiion de otation. e toi bloc ont epectivement de natue électonique, électomagnétique et mécanique. Note étude pote eentiellement u le bloc électomagnétique. Abtact - In thi aticle, we popoe a tacking ytem able to oientate a photovoltaic panel in ode to enue a maximum unlight and theefoe enhance the global efficiency of the ytem. hi late i compoed of thee eential block: the block captue of the unlight, the oientation block of the panel and the otation tanmiion block. he block ae epectively of the natue electonic, electomagnetic and mechanic. Ou tudy focue eentially on the electomagnetic block. Mot clé: Panneau olaie - Rayonnement olaie - Sytème de pouuite - DC - MAS.. INRODUCION e endement de panneaux olaie a toujou été jugé inuffiant pou que ce denie puient poduie une énegie impotante capable d aue l alimentation d un ytème plu au moin puiant. Pami pluieu paamète influençant ce endement, on cite le flux d enoleillement pojeté u le panneau olaie et donc capté pa le cellule photovoltaïque. Pluieu étude ont été faite afin d amélioe le endement global et de pofite aini au maximum de la conveion énegétique obtenue []. Dan ce qui uit, on popoe un ytème optimal de pouuite d un panneau olaie pou amélioe le endement de conveion et exploite l enoleillement au maximum poible. e ayonnement olaie et un facteu majeu pou conveti l énegie en électicité, néanmoin la pojection de ce ayon u le dipoitif de captue à avoi: le cellule photovoltaïque, affecte éieuement le endement de conveion du panneau photovoltaïque. * _ _ 595

2 596 B. Mokhtai et al. 2. DESCRIPION DES BOCS DU SYSEME PROPOSE Note popoition et de concevoi toi patie eentielle, à avoi: la patie de captue du maximum d enoleillement, qui et contituée d un bloc électonique, la patie de commande de otation du panneau olaie compoée d un moteu aynchone (MAS) commandé pa une DC (Diect oque Contol) et alimenté pa un onduleu à deux niveaux et la denièe patie et contituée d un ytème de tanmiion de otation pa engenage mécanique pou éduie l angle de otation du moteu et la end capable de faie toune le panneau avec péciion ouhaitée. 2. Captue d enoleillement Ce bloc et conçu avec deux photodiode, dont le pincipe de fonctionnement et de faie expoe l une de deux au ciel ouvet et la deuxième ea inclue dan un tube de dimenion bien déteminé afin de détecte l ombe, loque le oleil e déplace. e ytème de commande du moteu enclenche loqu on aua l état unique: tel que epéente une excitation de la pemièe photodiode et epéente l abence d une excitation pou la deuxième, alo que le aute état poible ont et et le ca impoible et où on ne peut pa avoi la poibilité d une excitation de la deuxième photodiode inclue dan un tube an celle de la pemièe qui et expoé au ciel ouvet. Si on ymbolie l état de la pemièe photodiode pa A et celui de la deuxième pa B, la otie ou le éultat de ce configuation et le poduit logique A. B qui ea égale à dan le ca qui néceite une otation (abence d enoleillement uniquement u la deuxième photodiode). Cette otie génèe de impulion excitatice de l inteupteu du cicuit d alimentation d un onduleu à deux niveaux et qui et fomé d un accumulateu bien adapté et chageable depui le panneau olaie lui-même, cette pocédue nou laie pofite d une alimentation autonome. e chéma de la figue décit ce poceu de captue et de déclenchement de l ogane d alimentation du moteu aynchone (MAS) qui et l onduleu à deux niveaux commandé en tenion pa la technique dite DC. 2.2 Bloc de commande pou l oientation du panneau olaie a méthode de Contôle Diect du Couple DC a été intoduite en 985 pa akahahi et Depenbock pécialement pou le machine aynchone [2, 3]. Enuite, pluieu étude ont pemi de développe plu péciément la connaiance de cette commande. Cette technique de commande a été appliquée aui aux machine ynchone [3-5]. C et une nouvelle tatégie de commande concuentielle de méthode claique, baée u une alimentation pa un onduleu à Modulation de ageu d Impulion MI et u un découplage du flux et du couple moteu pa oientation du champ magnétique du tato. En égime pemanent, la tenion tatoique pemet d etime facilement le flux tatoique à pati du couant et de la tenion tatoique ( I, V ). e fait que la DC commande diectement le inteupteu an pae pa de égulateu, amélioe tè nettement e pefomance dynamique pa appot aux aute commande [5].

3 DC d un MAS utilié pou l optimiation de pefomance d un panneau 597 Fig. : Schéma global de deux bloc: captue de l enoleillement et commande du moteu MAS Dan un ca comme le note, où on cheche de éduie en maximum le coût de la éaliation du ytème afin d augmente le endement global, une telle tatégie de commande qui ne néceite pa de capteu emble le bon choix, en plu, elle et l une de meilleue tatégie, chaque foi qu un fot couple et demandé (condition néceaie dan le ca de l application conidéée). e modèle adopté pou le MAS et donné comme uit [5]: B U A X X + () t ] i [i X β α β α φ φ, t ] [ U β ν α ν ω + ω ω ω + A, B 2,, m, Ω p ω

4 598 B. Mokhtai et al. D aute pat, le couple électomagnétique et expimé dan le éféentiel ( α, β ) pa: Ce 3 / 2 p.( φα iβ φβ iα ) (2) équation mécanique du moteu écit aini:. J.Ω Ce C f Ω (3) a commande DC d un MAS et baée u la détemination diecte de la équence de commande appliquée aux inteupteu d un onduleu de tenion. Ce choix et baé généalement u l utiliation de compaateu à hytééi dont la fonction et de contôle l état du ytème, à avoi l amplitude du flux tatoique et du couple électomagnétique. Un onduleu de tenion claique à deux niveaux pemet d atteinde ept poition ditincte dan le plan de phae, coepondant aux huit équence de tenion de l onduleu [, 4]. Ce poition ont illutée dan la figue 2. Pa ailleu, le tableau péente le équence coepondant à chaque poition, achant que l eeu ente le flux de éféence et le flux etimé et intoduite dan un compaateu à hytééi à deux niveaux, qui délive i cette eeu et poitive et i elle et négative. De même, l eeu ente le couple de éféence et le couple etimé et intoduite dan un compaateu à hytééi à toi niveaux, et qui délive i elle et poitive, i elle et nulle, et - i elle et négative. utiliation de toi état pou égle le couple a été popoée pou eaye de minimie la féquence de commutation moyenne, ca a dynamique et, en généal, plu apide que celle du flux [4]. Fig. 2: Difféent vecteu de tenion tatoique délivé pa un onduleu de tenion à deux niveaux el que: A(D)F: Augmente (Diminue) le flux, A(D)C: Augmente (Diminue)le couple

5 DC d un MAS utilié pou l optimiation de pefomance d un panneau 599 ableau : able de localiation de vecteu tenion φ Ce S S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V V V 7 V V 7 V V 7 - V 6 V V 2 V 3 V 4 V 5 V 3 V 4 V 5 V 6 V V 2 V 7 V V 7 V V 7 V - V 5 V 6 V V 2 V 3 V 4 Où S i,..., 6 ont le ecteu de localiation de vecteu flux tatoique. 2.3 Bloc de tanmiion e MAS entaîné toune loque on onduleu eçoit de l accumulateu l énegie néceaie, ce denie fonctionne elon l état du ytème de captue. Cependant et pou pemette la otation du panneau elon le tajet du oleil et donc d aue la pouuite optimale on doit faie cette otation en deux mouvement, l un elon l axe hoizontal et l aute elon le vetical. A cette fin nou pouvon concevoi un ytème d engenage mécanique elon le dimenionnement du panneau conidéé. e chéma de la figue illute l idée d une telle conception. Fig. 3: Sytème de tanmiion pa engenage - Abe du oto du moteu équipé d un engenage conique, 2- Engenage fixé u l axe vetical du panneau, 3- Axe de otation du panneau, 4- Panneau olaie, 5- Pojection de ayon olaie, 6- Vi an fin pou la otation veticale. Pa cette conception, nou auon deux otation, hoizontale et veticale du panneau olaie. Pou la pouuite elon l axe vetical, on utilie une vi an fin fixée u le bout ba du panneau pou pemette un couple fot de otation ve le haut et ve le ba, l aute extémité de la vi e accoche u l axe vetical avec la poibilité de

6 6 B. Mokhtai et al. mouvement libe ue la uface de l engenage 2. En effet la vi an fin pemet de éalie une liaion hélicoïdale, c et-à-die de tanfome un mouvement de otation en un mouvement de tanlation, et dan cetain ca, de tanfome une tanlation en otation. 3. RESUAS DE SIMUAION E DISCUSSION On intéee dan ce qui uit d illute le compotement du MAS commandé pa DC, uivant un cénaio de coute duée, où on uppoe que l enoleillement et aué pendant un intevalle de temp, pui on aua on abence due au déplacement du oleil. a figue 4 illute le couple développé pa le MAS au démaage, a chage et de N.m, et le ytème de captue excite l alimentation de l onduleu. A l intant t.5, le ytème de captue coupe le cicuit d alimentation pace que le panneau et touvé en bonne poition, où le deux photodiode ubient le ayonnement diectement et imultanément. Dan ce ca, le couple et la vitee annulent duant tout le temp où l enoleillement et aué. A l intant t 2.5, l ombe atteint l intéieu du tube, faute de quoi l état de la photodiode B pend la valeu, ce qui excite le cicuit d alimentation à nouveau et démae le moteu une deuxième foi. Pendant le edémaage, on peut contate une augmentation du couple dépaant 3 N.m, puique le moteu exece un couple oppoé au couple de l aêt qui et dan le en invee (négatif), néanmoin cette augmentation ne poe pa un poblème majeu i on pend en conidéation que ce n et qu un égime tanitoie au bout de quelque faction de econde. Etant une caactéitique de cette technique de commande, l allue du couple monte une ondulation plu ou moin impotante. Cependant, ce ondulation n affectent pa le pefomance de note ytème étudié [4]. e temp d enoleillement optimal et le temp au cou duquel le ayon du oleil ont pependiculaie au panneau où le endement et optimal. Sinon, le panneau olaie doit ête piloté afin de pouuive la tajectoie du oleil. Fig. 4: Couple développé pa le moteu commandé pa DC ente deux temp non optimaux

7 DC d un MAS utilié pou l optimiation de pefomance d un panneau 6 4. CONCUSION Dan ce péent tavail, nou avon popoé une conception d un ytème de pouuite d un panneau olaie dan le but d amélioe le endement global de la conveion d énegie et de enfoce la obutee du ytème olaie. Nou avon abodé l étude de chaque bloc à pat et nou avon éclaici l idée de conception de chacun. a patie électomagnétique a été plu au moin détaillée. a implicité de l idée end ce pojet éaliable, néanmoin de containte peuvent e manifete utout au niveau du dimenionnement. En aute, no éultat de imulation potant u la technique de commande du MAS et donc du ytème photovoltaïque, montent que cette tatégie utiliée adapte bien au fonctionnement an capteu mécanique, pemettant aini de éduie de façon conidéable le coût de l implantation du ytème popoé. REFERENCES [] A. Ameu, A. Cheknane, B. Mokhtai, M. Biame et A. Hamdi, Commande d un Sytème Photovoltaïque à Deux Degé de ibeté pa un Moteu à Reluctance Vaiable Contôlé pa DC, ICRESD_7, 2-24 Mai 27, lemcen, Algéie. [2] C. Calo, Modéliation Contôle Vectoiel et DC, Commande de Moteu Aynchone, Edition Heme Science, Euope 2. [3] I. Meaïfi, M. Bekouk and N. Saadia, Ripple Reduction in DC Dive by Uing a hee- evel NPC VSI, Electonic, Cicuit and Sytem, ICECS 27, 4 th IEEE Intenational Confeence on Volume, pp , -4 Dec. 27. [4] I. akahahi and Y. Ohmoi, High-Pefomance Diect oque Contol of an Induction Moto, IEEE anaction on Induty Application, Vol. 25, pp , Mach/Apil 989. [5] B. Mokhtai, Implantation de la DFC pa de echnique de l Intelligence Atificielle Neuonale et Floue : Application à la Machine Aynchone Alimentée pa de Onduleu de enion à deux et toi Niveaux, Mémoie de Magite, Univeité de Batna, 24. ANNEXE Paamète du MAS entaîné pa DC Paamète Symbole Valeu (S.I) Féquence f 5 Puiance P n 5 enion d alimentation V n 22/38 Couant I n 6.3/3.64 Vitee de otation Ω n 48 Nombe de paie de pôle p 2 Réitance tatoique 4.85 Réitance otoique 3.85

8 62 B. Mokhtai et al. Inductance tatoique Inductance otoique Inductance mutuelle M.258 Inetie J.3 Coefficient de fottement f.8

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