HACHEUR DANS LE SYSTEME D’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE

Mise en parallèles des cellules photovoltaïques

a) Principe : Les propriétés de ce groupement en parallèle des cellules sont duales de celles du groupement en série. Dans le cas d’un groupement de cellules connectées en parallèle, celles-ci sont soumises à la même tension et la caractéristique résultante est obtenue par addition des courants à tension donnée.
b) Contraintes et protection : Etant donné deux cellules présentant des caractéristiques différentes connectées en parallèle (donc soumises à la même tension), une cellule plus faible peut fonctionner en récepteur en étant parcourue par un courant inverse pour certaines valeurs de tension, c’est à dire de la charge. Le cas le plus défavorable apparaît lorsque le générateur est en circuit ouvert. Dans ce cas, la cellule moins performante peut être parcourue par un courant inverse élevé sous une tension proche de Vc0, ce qui entraîne une dissipation de puissance importante par cette cellule qui pourrait la détruire. Pour éviter cela, il est obligatoire d’avoir une diode connectée en série interdisant tout courant inverse. De plus, en l’absence de cette diode, en période d’obscurité la batterie se déchargerait avec le courant Id dans le panneau solaire, perdant ainsi une partie de l’énergie produite pendant toute la journée. Cependant, sans cette diode la charge de la batterie s’effectuerait sans problème pendant la journée. Au prix d’une petite perte de puissance, une diode de faible chute de tension (type Shottky par ex : 0,4 [V] est utilisée en pratique au lieu de 0,7 à 0,9 [V] pour une diode de jonction PN) correctement placée dans le circuit de charge.

Caractéristique électrique courant/tension I = f (V) d’un générateur PV

                   Le générateur PV est composé d’un réseau série-parallèle de nombreux modules photovoltaïques regroupés par panneaux photovoltaïques. Théoriquement, la caractéristique électrique globale courant/tension se déduit de la combinaison des caractéristiques des cellules élémentaires supposées identiques qui le composent par deux affinités de rapport ns parallèlement à l’axe des tensions et de rapport np parallèlement à l’axe des courants. En pratique, cette caractéristique combine les caractéristiques disparates des modules soumis à des éclairements et à des températures différents mais conserve l’allure fondamentale classique de celle d’une cellule élémentaire avec des valeurs de tension et courant plus élevées tant que les déséquilibres inévitables restent assez faibles pour que les diodes de protection n’agissent pas. Par ailleurs, l’influence de l’éclairement et la température sur les caractéristiques courant/tension reste la même que pour la cellule élémentaire. Par contre, l’action de certaines diodes de protection modifie cette allure classique en faisant apparaitre des irrégularités sur la courbe caractéristique.

Module couche mince

                Pour cette technologie, un assemblage de 4 cellules élémentaires constitue le module. Chaque cellule délivre une tension nominale de 12V. Le câblage série ou parallèle de ces 4 sous-ensembles permet d’obtenir des modules couche mince de12 et 48 Volts nominal. En comparaison avec le module cristallin, la caractéristique I = f (V) d’un module couche mince est plus infléchi. De plus, l’influence de la température sur les performances est moins faible que pour la technologie cristalline. Par ailleurs, l’une des principales caractéristiques des modules couche mince est l’évolution de la puissance dans le temps. En effet, il apparaît en début de vie une augmentation sensible de la puissance délivré : environ 15 à 20% de plus que la puissance nominale. Par la suite, après une période transitoire, la puissance se stabilise autour de la puissance nominale mais avec des fluctuations en fonction des saisons.

Types de batteries pour les applications photovoltaïques

On distingue :
– La plaque positive tubulaire qui est constituée d’éléments stationnaires à plaque positive tubulaire de 2[V] dotée d’une grande réserve d’électrolyte. La capacité de cette batterie varie de 1000 à 3000 [Ah].
– La plaque plane qui possédant une capacité variant de 10 à 30 [Ah]. Elle est formée d’éléments stationnaires à plaques planes.
– La batterie étanche qui a une capacité de 10-100 [Ah]. C’est une batterie à plomb qui n’a pas besoin d’entretien.

Dimensionnement du panneau solaire

                  Les panneaux solaires les plus utilisés sont des panneaux à base de silicium. L’association de plusieurs cellules photovoltaïques en série et série parallèle constitue le générateur photovoltaïque.
Rappelons que :
– si l’on place une cellule PV sous une source lumineuse constante, sans aucun récepteur, on obtient à ses bornes une tension continue appelée : tension de circuit ouvert UC0
– Lorsqu’on met la cellule en court-circuit, celle-ci débite un courant maximal IC0 mais aucune tension.
L’utilisation optimale d’un panneau solaire consiste à faire fonctionner la charge sous la tension maximale et à courant maximale, soit au point de puissance maximal PM. Cette dernière est fonction de l’éclairement. Lorsqu’il s’agit de la puissance maximale dans les conditions normalisées d’ensoleillements (1000 W/m2, 25°C, spectre solaire AM 1,5), on parle de watts-crête (Wc) ou de puissance crête. La source photovoltaïque se comporte comme une source de courant tant que la tension à ses bornes ne dépasse pas un certain seuil. Par ailleurs, il faut noter que le rendement de ce générateur PV est de l’ordre de 15% pour les cellules au silicium.

Modèle du transistor IGBT et de la diode

                On définit les caractéristiques du transistor IGBT et de la diode en double cliquant sur son symbole dans Simulink Library dans « Block Parameters : IGBT ». On remplit les caractéristiques du composant modélisé telles que la résistance interne, l’inductance interne, la chute de tension aux bornes du composant. Les précisions sur le modèle dans MATLAB sont représentées dans l’annexe.

Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES SYMBOLES ET ABREVIATIONS
INTRODUCTION
CONTEXTE GENERAL DE L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE
CHAPITRE I : LA CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE
CHAPITRE II : MODULE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE
ETUDE DU PRINCIPE D’UN HACHEUR TROIS SOURCES MULTIFONCTION
CHAPITRE I : CARACTERISATION DES SOURCES ET DES COMMUTATEURS DE PUISSANCE
CHAPITRE II : ETUDE DU PRINCIPE D’UN HACHEUR TROIS SOURCES MULTIFONCTION
CHAPITRE III : ETUDE DE FONCTIONNEMENT D’UN HACHEUR MULTIFONCTION SUR CHARGE R, L, EC
SIMULATIONS ET EXEMPLE D’APPLICATION DU HACHEUR TROIS SOURCES MULTIFONCTION DANS LE SYSTEME D’ENERGIE SOLAIRE
CHAPITRE I : DIMENSIONNEMENT DES ELEMENTS
CHAPITRE II : SIMULATION DU SYSTEME SUR CHARGE R, L, EC ET RESOLUTION NUMERIQUE DE LA REPARTITION DES PUISSANCES
CHAPITRE III : EXEMPLE D’APPLICATION : UTILISATION D’UN PANNEAU SOLAIRE POUR POMPAGE ET ALIMENTATION ELECTRIQUE
IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE

Télécharger le rapport complet