REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE KASDI MERBAH- OUARGLA Faculté des Sciences et technologie et sciènes de la matière Département de Génie Electrique Spécialité : Génie électrique et électronique Option : Automatique Mémoire de Master En vue de l obtention du diplôme de master Othmane BENSEDDIK Présenté par : THEME Fathi DJALOUD Soutenu le : 27 /06/2012 Devant le jury composé de : Nom & Prénom Grade Qualité Université A. BENMIR MAA President Ouargla L. AOMAR MAA Examinateur Ouargla L. KHETTACHE MAA Examinateur Ouargla M.L. LOUAZENE MAA Promoteur Ouargla 2011/2012

2 Remerciement Avant tout nous tenons nos remerciements à notre dieu de nos avoir donné la force et le courage. A la suite Nous tenons à remercier vivement Mr. LOUAZENE Lakhdar notre promoteur qui a fourni des efforts énormes, par ses informations ses conseils et ses encouragements. Nous tenons également à remercier messieurs les membres de jury pour l honneur qu ils nos ont fait en acceptant de siéger à notre soutenance, tout particulièrement : Mr.A. BENMIR pour nous avoir fait l honneur de présider le jury de cette mémoire. Nos vifs remerciements aussi à Mr. L.AOMAR. Et Mr.L.KHETTACHE, et Tous deux maîtres assistants à l université d Ouargla, pour avoir accepté d être examinateurs de ce travail. Et tous les professeurs de département de Génie électrique A tous ce qui furent à un moment ou à toute instante partie prenante de ce travail. Nos plus chaleureux remerciements pour tous ceux qui de prés et de loin ont contribué à la réalisation de cette mémoire.

3 Introduction générale... 1 Chapitre 1: Etude d'un système photovoltaïque 1.1 Introduction L'énergie solaire La cellule PV L'effet photovoltaïque Technologie d'une cellule photovoltaïque Regroupement des cellules Regroupement en série Regroupement en parallèle Regroupement (série et parallèle) Modélisation d une cellule photovoltaïque Cellule photovoltaïque idéal Cellule photovoltaïque réel Module photovoltaïque simens Influence de la température Influence de l'éclairement Conclusion 19 Chapitre 2: Les convertisseurs statiques 2.1 Introduction Les onduleurs Principe de fonctionnement d un onduleur Onduleur Monophasé Onduleur monophasé en demi-pont Onduleur monophasé en pont (PontH) Onduleur triphasé Les convertisseurs DC-DC Le convertisseurs BOOST Convertisseur Buck Avantage de convertisseur BOOST. 26 I

4 2.5 Simulation du l hacheur hacheur série Hacheur parallèle Conclusion Chapitre 3: Les méthodes d optimisation 3.1 Introduction Connexion direct entre la source et la charge Le fonctionnement optimal du générateur photovoltaïque Principe de fonctionnement de MPPT Gestion de la MPPT Classification de l'algorithme de suiveur la puissance max Les méthodes indirectes La méthode de la tension de circuit ouvert du générateur La méthode de court-circuit Les méthodes directes La méthode Perturbe & Observe (P&O) La méthode incrémentation de la conductance (IncCond) Méthode a contre réaction de la tension Méthode contre réaction de courant Conclusion Chapitre 4: Simulation d'un système photovoltaïque 4.1 Introduction Simulation d'un système photovoltaïque Simulation d'un système photovoltaïque avec et sans MPPT Conclusion 60 Conclusion générale. 61 Bibliographique Annexe. 65 II

5 Liste des tableaux Tableau 1.1 Avantage et l'inconvénient d'une cellule photovoltaïque.. 7 Tableau 1.2 caractéristique électrique d'un module photovoltaïque SP 75 éventuelle. 12 Tableau représente la variation de la valeur moyenne de la tension et du courant en fonction 27 de rapport cyclique Tableau 2.2 représente la variation de la valeur moyenne de la tension et du courant en fonction de 29 rapport cyclique. Tableau 4.1 La variation de la puissance para port la charge (sans MPPT). 50 Tableau 4.2 La variation de la puissance para port la charge (avec MPPT). 54 IV

6 Liste des figures Chapitre 1 : Etude du système photovoltaïque Figure 1.1 schéma électrique d'une cellule photovoltaïque.. 4 Figure 1.2 schéma d'une cellule photovoltaïque... 5 Figure 1.3 Caractéristique de regroupement (Ns) cellule en série.. 6 Figure 1.4 Caractéristique d'un (Np) cellule en parallèle. 8 Figure 1.5 Module de cellule photovoltaïque idéal.. 9 Figure 1.6 Module de la cellule photovoltaïque réal 10 Figure 1.7 cellule photovoltaïque a deux diodes.. 11 Figure 1.8 caractéristique de P= f(v) a fonction de température. 16 Figure 1.9 caractéristique de I=f(V) a fonction de température Figure 1.10 caractéristique I=f(v) a fonction de l'éclairement Figure 1.11 caractéristique P=f(v) a fonction de l'éclairement.. 18 Chapitre 2 : Les convertisseurs statiques Figure 2.1 les différents types de convertisseurs statiques Figure 2.2 Schéma de Principe d un Onduleur Monophasé En Demi-Pont. 21 Figure 2.3 Schéma de Principe d un Onduleur Monophasé En Pont Figure 2.4 Schéma de Principe d un Onduleur Triphasé En Pont 23 Figure 2.5 Le convertisseur boost 24 Figure 2.6 Signaux typiques de convertisseur boost 24 Figure 2.7 Convertisseur buck. 25 Figure 2.8 Signaux typiques de convertisseur buck 26 Figure 2.9 schéma de simulation de convertisseur Buck. 27 Figure 2.10 La tension aus borne de la charge Figure 2.11 la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge Figure2.12 la valeur moyenne du courant aux bornes de la charge.. 29 Figure2.13 La tension aus bornes de la charge. 30 Figure2.14 la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge Figure2.15 la valeur moyenne du courant aux bornes de la charge.. 31 Figure 2.16 schéma bloc de simulation du convertisseur boost. 31 Figure 2.17 La tension aux bornes d entrée V

7 Figure 2.18 La valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge.. 32 Figure 2.19 La valeur moyenne de courant 33 Chapitre 3: Les méthodes d optimisation Figure 3.1 Connexion directe entre un GPV et une charge.. 34 Figure 3.2 Points de fonctionnement d'un GPV en connexion directe, en fonction de la charge 35 Figure 3.3 Etage d'adaptation d'un GPV-charge.. 36 Figure 3.4 La caractéristique I-V, P-V et la trajectoire de PPM.. 37 Figure 3.5 Chaîne élémentaire de conversion photovoltaïque. 38 Figure 3.6 Recherche et recouvrement du Point de Puissance Maximale 39 Figure 3.7 Schéma de converge vers le PPM par P&O 42 Figure 3.8 Algorithme de MPPT a base de la méthode P&O.. 43 Figure 3.9 Trajectoire par Incrémentation de Conductance 45 Figure 3.10 Algorithme d incrémentation de la conductance 45 Figure 3.11 Méthode contre réaction de la tension 46 Figure 3.12 Méthode contre réaction de courants.. 47 Chapitre 4: Simulation d'un système photovoltaïque Figure 4.1 schéma synoptique de système PV contrôlé par une commande MPPT 49 Figure 4.2 Schéma block de la connexion directe d un générateur PV. 50 Figure 4.3 La puissance, la tension et le courant produit par la GPV sans MPPT Figure 4.4 schéma block d'un système photovoltaïque avec une commande MPPT.. 52 Figure 4.5 schéma block d'algorithme MPPT Figure 4.6 schéma block de la commande MLI. 53 Figure 4.7 Le courant générée par la charge et GPV.. 55 Figure 4.8 La tension générée par la charge et GPV Figure 4.9 La puissance générée par la charge et GPV.. 56 Figure 4.10 La comparaison entre la puissance de GPV sans et avec MPPT Figure 4.11 la tension en fonction de temps Figure 4.12 la tension de la charge en fonction de temps Figure 4.13 la puissance en fonction de temps.. 59 Figure 4.14 la puissance de la charge en fonction de temps 59 VI

8 Introduction générale La plus grande partie de l énergie consommée actuellement provient de l utilisation des combustibles fossiles comme le pétrole, le charbon, le gaz naturel ou encore l énergie nucléaire. ces ressources deviennent de plus en plus rares, pendant que les demandes énergétiques du monde s élèvent continuellement. Il est estimé que les réserves mondiales seront épuisées vers 2030 si la consommation n est pas radicalement modifiée, et au maximum vers 2100 si des efforts sont produits sur la production et la consommation [1]. Etant donné que cette forme d énergie couvre une grosse partie de la production énergétique actuelle, il s avère nécessaire de trouver une autre solution pour prendre le relais, la contrainte imposée est d utiliser une source d énergie économique et peu polluante car la protection de l environnement est devenue un point important. A ce sujet, Les énergies renouvelables, comme l énergie solaire photovoltaïque, éolienne ou hydraulique, apparaissent comme des énergies inépuisables et facilement exploitables. Si l on prend l exemple du soleil, une surface de km² (4% de la surface des déserts arides) de panneaux photovoltaïques (PV) suffirait à couvrir la totalité des besoins énergétiques mondiaux [2]. Dans ce dernier cas, la conception, l optimisation et la réalisation des systèmes Photovoltaïques sont des problèmes d actualité puisqu ils conduisent sûrement à une meilleure exploitation de l énergie solaire. Pour une installation photovoltaïque, la variation de l éclairement ou de la charge induit une dégradation de la puissance fournie par le générateur photovoltaïque, en plus ce dernier ne fonctionne plus dans les conditions optimums. Dans ce contexte, de nombreux chercheurs se sont attachés à inventer des systèmes permettant de récupérer toujours le maximum d énergie : c est le principe nommé maximum power point tracker (MPPT) qui est l objet principal de se mémoire. Dans ce travail nous nous somme intéresses à l'étude et l'optimisation du fonctionnement d'un système photovoltaïque, Ce mémoire est partagé en quatre chapitre : Dans le premier chapitre nous présentons une généralité sur la technologie photovoltaïque. En commençant par des notions sur le rayonnement, Dans deuxième temps nous montrons le principe de l'effet photovoltaïque, ensuite on va montrer l'influence de la températeur et l'éclairement sur le rendement. Et nous finissons ce chapitre par la modélisation du notre panneau.

9 Le deuxième chapitre présente les différents types des convertisseurs statiques utilisé dans le système photovoltaïque et leur principe du fonctionnement. Dans le troisième chapitre nous montrons le problème de la connexion direct entre le générateur photovoltaïque et la charge et la solution de ce problème, ensuite nous présentons les différents techniques pour suivre et optimiser la puissance maximale. Dans le quatrième et dernier chapitre, nous présentons une simulation complète avec et sans optimisation d'un système photovoltaïque alimente une charge résistive, nous terminerons ce travail par une conclusion générale.

10 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.1 Introduction L'énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d'une partie du rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d'énergie s'effectue par le biais d'une cellule dite photovoltaïque (PV) basée sur un phénomène physique appelé effet photovoltaïque. Ce chapitre présente les concepts dont la connaissance est nécessaire à la compréhension du fonctionnement des cellules photovoltaïques constituées de semiconducteur en silicium. On commencera par brève rappelle sur le principe de la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique. Nous présenterons ensuite la modélisation de la chaîne de conversion photovoltaïque puis décrirons les modèles mathématiques et nous montrerons ensuite l'influence de la température et l'éclairement sur le rendement. A la fin on termine par conclusion. 1.2 L'énergie solaire La distance de la terre au soleil est environ 150 million de kilomètres et la vitesse de la lumière est d'un peu plus de km/h [3], les rayons du soleil mettent donc environ 8 minutes à nous parvenir. La constante solaire est la densité d'énergie solaire qui atteint la frontière externe de l'atmosphère faisant face au soleil. Sa valeur est communément prise égale à 1360W/m 2. Au niveau du sol, la densité d'énergie solaire est réduit à 1000 W/ m 2 à cause de l'absorption dans l'atmosphère. Albert Einstein à découvert en travaillant sur l'effet photoélectrique que la lumière n'avait pas qu'un caractère ondulatoire, mais que son énergie est portée par des particules, les photons. L'énergie d'un photon étant donnée par la relation : h : la constante de planck, C : la vitesse de la lumière. Ainsi, plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie du photon est grande [4]. Une façon commode d'exprimer cette énergie est: UKMO

11 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque Le soleil émet un rayonnement électromagnétique figure (1.1) compris dans une bande de longueur d onde variant de 0,22 à 10 microns (m) [3]. L énergie associée à ce rayonnement solaire se décompose approximativement ainsi : 9% dans la bande des ultraviolets (<0,4 m), 47% dans la bande visible (0,4 à 0,8 m), 44% dans la bande des infrarouges (>0,8 m). Irradiance (w.m,µ.m) Figure 1.1 : Spectre d'irradiante solaire. 1.3 La cellule PV Les cellules photovoltaïques ou les plaques solaires sont des composants optoélectroniques qui transforment directement la lumière solaire en électricité par un processus appelé «effet photovoltaïque», a été découverte par E. Becquerel en 1839 [5]. Elles sont réalisées à l'aide de matériaux semi-conducteurs, c'est à dire ayant des propriétés intermédiaires entre les conducteurs et les isolants. La taille de chaque cellule va de quelques centimètres carrés jusqu' à 100 cm 2 ou plus sa forme est circulaire, carrée ou dérivée des deux géométries. Les cellules se branchent en série, ce qui permet aux électrons générés par une cellule d'être repris par la suivante. Le but est d'avoir une différence de potentiel normalement entre 6 et 24 V.la figure (1.2) suivante représente le schéma électrique d'un cellule photovoltaïque [6]. UKMO

12 Chapitre 1 Rs Etude du système photovoltaïque + I CC D Rsh V cellule Figure 1.2: Schéma électrique d'une cellule photovoltaïque Les résistances Rs et Rsh permettent de tenir en compte des pertes liées aux défauts de fabrication.rs représente les diverses résistances de contact et de connexion tandis que Rsh caractérise les courants de fuite dus à diode et aux effets de bord de la jonction [7] L'effet photovoltaïque Une cellule photovoltaïque est basée sur le phénomène physique appelé effet photovoltaïque qui consiste à établir une force électromotrice lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière. La tension générée peut varier entre 0.3 V et 0.7 V en fonction du matériau utilisé et de sa disposition ainsi que de la température de la cellule et du vieillissement de la cellule [8]. La figure (1.3) illustre une cellule PV typique où sa constitution est détaillée. Les performances de rendement énergétique atteintes industriellement sont de 13 à 14 % pour les cellules à base de silicium monocristallin,11 à 12 % avec du silicium poly cristallin et enfin 7 à 8 % pour le silicium amorphe en films minces [9].La photopile ou cellule solaire est l élément de base d un générateur photovoltaïque [10]. UKMO

13 Chapitre 1 Photone Etude du système photovoltaïque Contacte avant Grille Zone dopée N Zone dopée P Jonction PN I déplacement d'électron V Figure 1.3 : Schéma d'une cellule photovoltaïque Technologie d'une cellule photovoltaïque Silicium monocristallin Le silicium cristallin est actuellement l option la plus populaire pour les cellules commerciales, bien que beaucoup d autres matériaux soient disponibles. Le terme «cristallin» implique que tous les atomes dans le matériau PV actif font partie d une structure cristalline simple où il n ya aucune perturbation dans les arrangements ordonnés des atomes. Silicium poly cristallin Il est composé de petits grains de silicium cristallin. Les cellules à base de silicium poly cristallin sont moins efficaces que les cellules à base de silicium monocristallin. Les joints de grains dans le silicium poly cristallin gênent l écoulement des électrons et réduisent le rendement de puissance de la cellule. L efficacité de conversion PV pour une cellule à base de silicium poly cristallin modèle commercial s étend entre 10 et 14%. UKMO

14 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque Silicium amorphe (a-si) Le silicium est déposé en couche mince sur une plaque de verre ou un autre support souple. L'organisation irrégulière de ses atomes lui confère en partie une mauvaise semiconduction. Les cellules amorphes sont utilisées partout où une solution économique est recherchée ou lorsque très peu d'électricité est nécessaire, par exemple pour l'alimentation des montres, des calculatrices, ou des luminaires de secours. Elles se caractérisent par un fort coefficient d'absorption, ce qui autorise de très faibles épaisseurs, de l'ordre du micron. Par contre son rendement de conversion est faible (de 7 à 10 %) et les cellules ont tendance à se dégrader plus rapidement sous la lumière [4]. Nouvelle technologie On utilise de plus en plus de matériaux organiques dans le domaine de l optoélectronique, avec des perspectives d électronique organique voire moléculaire, pour l éclairage à l aide de diodes électroluminescentes organiques (OLED : Organic Light- Emitting Diode). Bien que les optimisations des matériaux à mettre en œuvre ne soient pas les mêmes, le domaine du photovoltaïque bénéficie depuis quelques années des avancées technologiques de l optoélectronique. Ainsi, bien que cette filière soit vraiment récente, les progrès annuels sont spectaculaires. Les matériaux organiques, moléculaires ou polymériques, à base de carbone, d hydrogène et d azote, sont particulièrement intéressants en termes d abondance, de coût, de poids et de mise en œuvre [11]. Le tableau (1.1) présente les avantages et les inconvénients pour les technologies les plus utiliser d'une cellule photovoltaïque. Type Silicium mono Silicium poly Amorphe cristallin Cristallin Durée de vie 35 ans 35 ans < 10 ans Bon rendement en Souplesse Prix moins Avantage Bon rendement en soleil direct soleil direct (mois que le monocristallin mais plus que l'amorphe) élevé que les cristallins Bon rendement en diffus Mauvais rendement en Mauvais rendement en Mauvais rendement en Inconvénient soleil diffus (temps soleil diffus (temps plein soleil. nuageux...),prix élevé nuageux...),prix élevé Tableau 1.1: Avantage et inconvénient des cellules photovoltaïques UKMO

15 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.4 Regroupement des cellules Regroupement en série Une association de (Ns) cellule en série figure (1.4) permet d'augmenter la tension du générateur photovoltaïque. Les cellules sont alors traversées par le même courant et la caractéristique résultant du groupement série est obtenues par addition des tensions élémentaires de chaque cellule. L'équation résume les caractéristique électriques d'une association série de (Ns) cellules [11]. V cons : la somme des tensions en circuit ouvert de Ns cellules en série. I ccns : courant de court circuit de Ns cellules en série. 1 cellule NP cellule cellule Icc Icc Ns Vco 0 Vco Vsco Figure 1.4: Caractéristique courant tension de Ns cellule en série UKMO

16 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque Regroupement en parallèle Une association parallèle de (NP) cellule figure (1.5) est possible et permet d'accroitre le courant de sortie du générateur ainsi créé. Dans un groupement de cellules identiques connectées en parallèle, les cellules sont soumises à la même tension et la caractéristique résultante du groupement est obtenue par addition des courants [12]. Avec: I ccnp : la somme des courants de cout circuit de (NP) cellule en parallèle V conp : tension du circuit ouvert de (Np) cellules en parallèle I Np cellule Icc.Np Np cellule en parallèle Icc Np 1cellule cellule Vco Icc 0 Vco V Figure 1.5 : Caractéristique courant tension de (Np) cellule en parallèle Regroupement (série et parallèle) On utilise généralement ce type d association pour en tirer une tension importante puisque l association en série des photopiles délivre une tension égale à la somme des tensions individuelles et un courant égal à celui d une seule cellule. La caractéristique d un groupement de deux modules solaires est représentée ci-dessous, ce qui peut être généralisé sur une gamme de Ns modules solaires en série. Ce genre de groupement augmente le courant. Afin d obtenir des puissances de quelques kw, sous une tension convenable, il est nécessaire d associer les modules en panneaux et de monter les panneaux en rangées de panneaux série et parallèle pour former ce que l on appelle un générateur photovoltaïque [7]. UKMO

17 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.5 Modélisation d une cellule photovoltaïque Cellule photovoltaïque idéal Une cellule photovoltaïque peut être décrite de manière simple comme une source idéale de courant qui produit un courant I Ph proportionnel à la puissance lumineuse incidente, en parallèle avec une diode figure(1.6) qui correspond à l aire de transition p-n de la cellule PV. Après la loi de nœuds:! Iph Id V Figure 1.6 : Modèle de cellule photovoltaïque idéal Pour un générateur PV idéel, la tension aux bornes de la résistance est égale à celle aux bornes de la diode : " La diode étant un élément non linéaire, sa caractéristique I-V est donnée par la relation : Avec: #$#%&'()& *$ *+,,- #% : Le courant de saturation inverse de la diode. : la tension au borne de diode.: =KT/q potentielle thermique Donc la relation (1.7) sera : #)/#%&'()& *$ *+,,0 UKMO

18 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque Cellule photovoltaïque réel Le model photovoltaïque précédent ne rendait pas compte de tous les phénomènes présents lors de la conversion d énergie lumineuse. En effet, dans le cas réel, on observe une perte de tension en sortie ainsi que des courants de fuite. On modélise donc cette perte de tension par une résistance en série R S et les courants de fuite par une résistance en parallèle R P [2]. I Rs Id Ip Iph Rp V Figure 1.7 : Modèle de la cellule photovoltaïque réel Donc on a : & *123#, 2) 4&'()& *1#23,, *+ Avec: I : Le courant fourni par la cellule : Le photo-courant dépendant de l éclairement (G). 4 : Le courant de saturation de la diode. K : constante de Boltzmann (1, joule/kelvin). q:charge d'électron =1, C. n: Le facteur de qualité de diode. T: La température de cellule en kelvin. Donc (1.11) sera: 4&'()& *1#23 *+,,& *123#, 2) UKMO

19 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.6 Module photovoltaïque Simens Nous avons choisi une module Simens SP75 composé de 32 cellules en silicium monocristallin connectées en sérer ayant une puissance maximal de 75w est considéré dans les conditions standards G=1000w/m 2, T=25 C. Pour réaliser la modélisation de ce module, nous avons utilisé MATLAB comme outil de tests et de simulation. Puissance maximale p max : 75 wc Tension a vide V co : 21.7 V Courant de court circuit I sc : 4.8A Tension au point de puissance maximale V mpp : 17 V Courant au point de puissance maximale I mpp : 4.4A Noct 45 ±2 C Coefficient de température : Tension à vide TVco : -0.77v/ C Courant court circuit TIsc: 2.6 ma / C Tableau 1.2 : Caractéristique électrique d'un module photovoltaïque SP75 éventuelle Le courant de saturation de la diode est donné par la suite: 4 8 9:;<= >?@AB CDE F (1.15) Pour calculer I on considère Rp =inf donc Ip=0 dans ce cas, l'équation (1.11) devient: Avec Rs dans le point Voc : 4<'()<GH3 IJKLM NOP FF 04& 1Q.,RS& 1Q,!. UKMO

20 Chapitre 1 Donc : Etude du système photovoltaïque Telle que: 23 UK UI NIV KWXYZ [?\]^_ `[a (1.18) 23 UK UIbcb NIV KWXYZ< [?^]\ `[a F- Toutes les constantes dans les équations ci-dessus peuvent être déterminées en utilisant les données de fabricants de panneaux photovoltaïques. La méthode choisie pour la simulation de ce modèle est la méthode de Newton Raphson qui est décrit comme suit : ( dj S d e( N e ( N 0 Avec : **f% f'(x) : Le dérivé de la fonction x n : La présente itération. x n+1 : L itération suivante. g 54hRS&i 1Q,k j. dj d #3f#l#%<*1#l23 F l*+ #%< 23 l*+ Fm'()*1#l23 l*+ n 5o 5opRg m1qrooprg n ki : le coefficient de variation du courant en fonction de la température. kv : le coefficient de variation du tension en fonction de la température. UKMO

21 Chapitre 1 Tref : la température de référence 298 k(25 C). G : l'irradiation solaire. Etude du système photovoltaïque #)/j1srooprg < F Le courant de saturation du T(ref) écrire : 4 4opRg & o t oprg, d iu h'()& jq,& o oprg,k On peut écrire l'équation (1.25): 4 51sroopRg RS& 541svoopRg j., Pour la modélisation ou schéma block on donne : w v0'()h io js &1Q,k! Telle que : Nss : Nombre de module connecté en série (dans notre cas =1) Npp : Nombre de module connecté en parallèle (dans notre cas =1) NS : Nombre de cellule connecté en série. UKMO

22 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque A partir des équations ( ) on peut donne le schéma block de :I ph, I 0 et I m Le courant I ph : [G] Ki 1000 [T] [Ipv] [dt] Ipvn Tref Le courant I 0 : Ki Vocn [dt] Kv [dt] [Vta] e u 1 Iscn [Io] le courant I m : [V] Rs [Npp] [Nss] e u [Ipv] [I] [Nss] 1 [Npp] [Im] q/(n*k*ns) [T] [Vta] [Io] [Npp] UKMO

23 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.7 Influence de la température L équation de Boltzmann donne : 5 4RSi4xso, l expérience montre que la tension de circuit ouvert d une cellule solaire diminue avec l augmentation de la température de la cellule [13,14]. Nous présentons ci-dessous les caractéristiques I-V et P-V (figure 1.8 et 1.9) d un module photovoltaïque SP75 pour un niveau d ensoleillement G donné et pour différentes températures : Pour la figure (1.8) Nous remarquons que le courant dépend de la température puisque le courant augmente légèrement à mesure que la température augmente, on constate que la température influe négativement sur la tension de circuit ouvert. Quand la température augmente la tension de circuit ouvert diminue. Et par contre la puissance maximale du générateur subit une diminution lorsque la température augmente figure (1.9). 6 SP 75 Module photovoltaique 5 4 G=1000w/m 2 Courant (A) T=0 C T=25 C T=50 C X: T=75 C Y: X: Tension (V) Y: X: Y: Figure 1.8 : La caractéristique de I=f(V) en fonction de température UKMO

24 Chapitre G=1000w/m 2 SP 75 Module photovoltaique Etude du système photovoltaïque 60 Puissance (W) T=0 C T=25 C T=50 C T=75 C Tension (V) Figure 1.9 : La caractéristique de P= f(v) en fonction de température 1.8 Influence de l'éclairement Le même travail comme précédente, nous avons fixé la température pour différents éclairements figure (1.10 et 1.11). pour la figure (1.10) on remarque que pour l'éclairement G=1000 w/m 2 le courant Isc=4.8A et pour G=800w/m 2 le courant Isc=3.84A on peut voir que le courant subit une variation importante, quand l'éclairement augmente le courant de court-circuit est augmente, mais par contre la tension varie légèrement.ce qui se traduit par une augmentation de la puissance, lorsque l éclairement est augmente figure (1.9).. UKMO

25 Chapitre 1 6 SP 75 module photovoltaique Etude du système photovoltaïque 5 4 X: 0 Y: 4.8 X: 0 Y: 3.84 T=25 C Courant (A) 3 X: 0 Y: X: 0 Y: X: 0 Y: 2.88 G=200w/m 2 G=400w/m 2 G=600w/m 2 G=800w/m 2 G=1000w/m Tension (V) Figure 1.10 : La caractéristique I=f(v) en fonction de l'éclairement 80 SP 75 Module photovoltaique 70 T=25 C 60 Puissance (W) G=200w/m 2 20 G=400w/m 2 G=600w/m 2 10 G=800w/m 2 G=1000w/m Tension (V) Figure 1.11 : La caractéristique P=f(v) en fonction de l'éclairement UKMO

26 Chapitre 1 Etude du système photovoltaïque 1.10 Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté les principales caractéristiques et les technologiques des éléments constitutifs d un générateur PV et nous avons montré comment augmenter le courant ou la tension d'un générateur photovoltaïque ainsi nous avons montré bien l'influence de la température et l'éclairement sur le rendement de la cellule, et on constate que la puissance ne déponde pas seulement de la température mais déponde aussi de l éclairement. UKMO

27 Chapitre 2 Les convertisseurs statiques 2.1 Introduction Les convertisseurs sont des appareils servent à transformer la tension continue fournie par les panneaux ou les batteries pour l'adapter à des récepteurs fonctionnant en une tension continue différente ou une tension alternative. L étude du convertisseur est intéressante dans la mesure où il est utilisé dans la plupart des nouveaux types de sources de production d énergie dispersée connectée au réseau (éolienne, photovoltaïque, pile à combustible ). Source continue (=) Onduleur Hacheur Rcepteur continue Redresseur Source alternative (~) Gradateur Rcepteur alternative(~) Figure 2.1 : les différents types de convertisseurs statique Dans ce chapitre nous présentons les déférents types des convertisseurs statiques qu on peut utiliser dans le système photovoltaïque. Premièrement on commence par les convertisseurs (DC-AC) et sont déférents type, et en termine par les convertisseurs (DC-DC) [15]. 2.2 Les onduleurs L onduleur est un convertisseur statique DC/AC de haute performance il convertit la tension continue, en tension alternative contrôlée de façon très précise. La source de tension continue soit un aérogénérateur ou des panneaux solaires. La commande de l'onduleur est basée sur la prédiction de la tension de sortie d un pas en avant que nous appellerons «Dead beat control» par cette commande, la tension de sortie de l onduleur est forcée de suivre une référence sinusoïdale échantillonnée pour la production à la sortie du filtre une onde proche d une sinusoïde avec un taux de distorsion harmonique très réduit. UKMO