Modélisation d un système de stockage Chargé par un

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1 Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie Modélisation d un système de stockage Chargé par un système PV 1 M.Belhadj, 2 T.Benouaz, 3 M. Sellam, 1* F.Hadjaj 1 Laboratoire de Physique et Dispositifs à Semi-conducteurs, Université de Bechar ALGERIE. 2 Laboratoire de Modélisation, Université Abou Bakr Belkaid, Tlemcen, Algérie 3 Laboratoire des Energies du arides Belhadi_1979@yahoo.fr Résumé : - Ce travail a pour but l étude de simulation du fonctionnement physique d un accumulateur électrochimique intégré dans un système photovoltaïque sur le site du Bechar, en utilisant le logiciel Matlab à partir de modèles mathématiques. Nous avons déterminé l influence de différents paramètres sur le fonctionnement du système de stockage, en particulier la température, pour un transfert optimal de l énergie produite vers les charges. Le modèle utilisé permet de reconstituer correctement l état de charge et de décharge du système de stockage. Par ailleurs, l intérêt de cette modélisation est de mettre en évidence l aspect de la gestion. Mots clés: Modélisation - Système de stockage Système photovoltaïque- Simulation sur Matlab. 1. INTRODUCTION Le choix d un modèle mathématique qui simule le comportement de la batterie est déterminé par le type des problèmes à étudier. Ce modèle peut être considéré simplement pour effectuer une analyse des divers flux d énergie se faisant à l intérieur et à l extérieur du système de batterie. Il permet aussi de résoudre le choix de la taille du système à installer. L étude de la modélisation du système de stockage électrique est considérée par plusieurs auteurs très complexe [1, 2]. En effet, la littérature offre de nombreuses solutions, généralement des équations empiriques, et il est difficile souvent de les appliquer. La plupart des modèles proposés utilisent des grandeurs et des paramètres, dont les valeurs doivent être ajustées, particulièrement à chaque type de batterie. Ceci exige nécessairement des expériences coûteuses avant de concevoir un système, gênant ainsi l utilisation répandue de ces modèles. Les conditions de fonctionnement produites par les systèmes photovoltaïques sont liées à l état du système de stockage. Dans notre étude, nous avons utilisés le modèle simplifie de Bogdan et Salameh [ ]. Dans un premier temps, nous avons déterminé les caractéristiques pour défirent combinaison du module QX-P-8 (serie-parallele) en fonction des conditions météorologiques, Nous avons montré aussi le nombre de stockage pour les jours types de Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) chaque saison pour un groupes composés de 33 panneaux. 2. DESCRIPTION DU SYSTEME ETUDIE La méthode adoptée pour ce cas étudié est la suivante : - La simulation les caractéristiques du panneau QX-P-8. - La simulation de fonctionnement du système durant une journée type pour chaque saison. - L élaboration des courbes déterminant la capacité du stockage électrochimique. Figure.1.Schéma simplifié de notre système 1

2 Courant (A) Courant (A) Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie 2.1 Influence de l éclairement et de la température 4 (a) 1W/m2 8W/m2 La figure 2, montre la représentation du PVG dans l environnement Simulink. Les résultats de la caractéristique I - V et P-V du module QX-P- 8 sont donnés dans les Figures.3 et (b) W/m Figure.3. Influence de l ensoleillement G sur les courbes I-V et P-V. (a) 4 2 Figure 2. Implantation Simulink masquée du PVG Le courant produit par le module PV est pratiquement proportionnel à l éclairement solaire G (figure.3). Par contre, la tension V aux bornes de module varie peu car elle est fonction de la différence de potentiel à la jonction P N du matériau lui-même [1,3]. La tension de circuit ouvert ne diminuera que légèrement avec l éclairement. Ceci implique donc que la puissance optimale de module (Pm) est pratiquement proportionnelle à l éclairement; L influence de la température est non négligeable sur la caractéristique courant/tension d un semiconducteur (voir figure (4)). Pour une température qui change, on peut voir que la variation de la tension change beaucoup plus que le courant. Ce dernier varie très légèrement (b) Figure.4. Influence de la température sur les courbes I-V et P-V. La figure. illustre la variation de caractéristique (I-V) et (P-V) pour défirent regroupement (série parallèle). Dans un groupement en série, les modules sont traversés par le même courant et la caractéristique résultante du groupement en série est obtenue par adition des tensions à courant donné. Les propriétés du groupement en parallèle des modules sont duales de celles du groupement en série. Ainsi, dans un groupement de modules connectés en parallèle, les modules sont soumettre à la même tension et la caractéristique Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) 16

3 Courant (A) Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie résultante de groupement est obtenue par addition des courants à tension donnée Ns=1;Np=2 Ns=1;Np=1 Ns=2;Np= Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) (a) (b) Figure..Caractéristique résultante d un groupement en série de N s modules et Np paralleles identiques 2.2 Présentation de site Les caractéristiques géographiques de site de Bechar sont données par les grandeurs météorologiques suivantes [3] : Latitude :31.38 N Longitude :2.1w Altitude :86m Albédo :.2 Le générateur PV est installé face au sud avec un angle d inclinaison égale à une latitude de l endroit. 3. RESULTATS DE SIMULATION DE STOCKAGE Notre système est organisé en un groupe de 33 panneaux (11 en parallèles et 3 en séries). Ce groupe débite dans le bus continu par l intermédiaire d un régulateur. On tient compte des pertes [4 ] : du panneau (rendement PV 12%), du panneau s'il ne fonctionne pas au point de puissance maximum (rendement COM 9%). du régulateur (rendement REG 98%). Le câble (rendement cab 97%). La batterie en charge (rendement bat 8%). Les caractéristiques techniques du module et Batterie étudient sont recoupées dans les tableaux.2 et 3 Type Polycristallin Puissance maximal (Wc) 8 W Tension Nominale (Vnom) 12 V Tolérance sur puissance ±% Tension à puissance max. Vmp 17, Vdc Intensité à puissance max. Imp 2,9 A Tension circuit ouvert Voc 21, Vdc Intensité en court-circuit Isc 3,23 A Plage de température -4 C à + 8 C Tension maximale 7 Vdc Conditions du test électrique 1 W/m 2 AM 1, Temp=2 Résistance au vent 24Pa Nombre de cellules 36 Boite de jonction Protégé IP6 Connecteurs Standard Dimensions 67x71x4 mm Poid net 6 kg Normes TUV, CE, ISO Durée de vie 2ans Tableau. 2.Caractéristiques détaillées du module QX-P-8 [ ] Type Tension Nominale nominale C1 C2 C1 C C1 4 C 2 C C -1 C Autodécharge AGM 12V 1Ah >12Ah 12Ah 1Ah 82,Ah 62Ah 12% 1% 8% 6% 3% par mois 17

4 Nombre de Batteries Nombre de Batteries Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie Dimensi 33 x 172 x H21 ons (Htot 241mm) Poids : 31kg Tableau. 3.Caractéristiques détaillées de Batterie ULT-AGM-1-12[ ]. La technologie de la batterie choisie permet (DOD MAX = 8%) de décharge, donc la capacité de charge d une seule batterie est Ctot*8% Le programme pour calcul du nombre de batteries a été écrit dans langage de programmation Matlab. Le diagramme de l'organigramme pour ce programme est montré dans la figure (6) Figure.7.a.Variation de puissance en fonction de temps (hiver) générateur PV Figure.6 : Diagramme de l'organigramme de calcule nombre de stockage. Les résultats de simulation de l énergie délivrés par ce groupe pour chaque jour type de chaque saison sont représentés par les figures (7, 8,9 et 1) Figure.8.a.Variation de puissance en fonction de temps (Printemps) générateur PV. Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) 18

5 Nombre de Batteries Nombre de Batteries Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie Figure.9.a.Variation de puissance en fonction de temps (été) générateur PV Figure.1.a. Variation de puissance en fonction de temps (automne) générateur PV D après les résultats de la simulation pour les quatre saisons, on voit qu il existe un nombre de batteries qui peuvent chargé par le générateur PV., il se situe dans le cas de la figure (7) pour la saison hiver, on remarque que la quantité d énergie de générateur PV est disponible pendant 9 heurs est importante à partir de 12h, elle atteint la puissance maximale (1,939KW) à 12h due à l'augmentation de l'irradiation solaire, cette puissance varie inversement proportionnellement avec la température ambiante du site. Ce système donne une quantité d énergie importante pour charger 8 batteries. Dans la saison printemps, la puissance à la sortie de GPV est très importante car elle est suffisante pour charger 1 batteries (fig.7) pendant 1 heurs. La puissance PV passe par un maximum surent les valeurs de l irradiation solaire et la température, ce maximum est de 2,KW à 12h.Puis elle diminue à sa valeur minimum. Pour la saison été, le nombre de batteries chargées par le générateur photovoltaïque est de 1 batteries a couse de leurs nombre des heurs (11 heurs).pour la saison été, on remarque que l énergie solaire est disponible pendant 12heurs, cette période permet de charger 1 batteries. On peut dire que la saison qui donne le nombre de stockage pour une configuration 33 panneaux est la saison été. CONCLUSION Ce travail contribue à la modélisation d une batterie solaire. Nous avons établi des programmes de calculs sous les environnements Matlab permettant de tracer la caractéristique I- V et de calculer la puissance maximale délivrée par le module photovoltaïque correspondant. Ces études sont effectuées sur un panneau solaire de type QX-P-8. L objectif est de tester les paramètres intensifs et influents sur la modélisation d un générateur ou d un module photovoltaïque. On s est intéresse plus particulièrement à l effet de la température et de l éclairement solaire incident. Notre programme est utilisé pour générer les caractéristiques théoriques I-V et PV, il peut être facilement adapté pour le calcul d autres effets (température, éclairement) sur la performance des dispositifs photovoltaïques. Nous avons vu pour une configuration de 33 panneaux (11 en séries et 3 parallèles) la quantités d énergie qui Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) 19

6 Quatrième Conférence Internationale sur le Génie Electrique CIGE 1, 3-4 Novembre 21, Université de Bechar, Algérie permet de charge un nombre de batterie pour les jours types de chaque saison. Bibliographie [1] C.F. Lu, C.C. Liu, and C.J. Wu, «Dynamic modeling of battery energy storage system and application to power system stability», In IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution, Volume 142(4), pages , IEE, Stevenage, Herts., U.K., July 199. [2] Z.M. Salameh, M.A.Casacca, A.W.Lynch, «A mathematical model for lead-acid batteries», IEEE [3] M. Belhadj «Modélisation d un systèmede captage PVAutonome», mémoire de magister, 28.Université de Bechar, Algerie [4] M. Chikh, «Étude analytique conceptuelle des systèmes PV de puissance adopté aux site isolés de L Algérie», thèse de magister, CDER, [] S. Bogdan, Z.B. Salameh, «Methodology for optimally sizing the combination of a battery bank and PV array in a wind/pv hybrid system». IEEE Transactions on Energy Conversion 11 (2), Journal of Scientific Research N vol. 2 (21) 11