Soutenance mémoire
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE PHOTOPILE
La cellule photovoltaïque ou jonction de type PN, absorbe l’énergie lumineuse en la transformant en courant électrique. Le principe de fonctionnement de cette cellule fait appel aux propriétés du rayonnement et à celles des semi-conducteurs [31]. des pairs électrons-trous libres sont crées dans cette zone de déplétion. Sous l’effet du champ électrique E qui règne dans la zone de déplétion [32], ces porteurs libres sont drainés vers les contacts métalliques des régions P et N. Il en résulte alors un courant électrique dans la cellule PV et une différence de potentiel (de 0,6 à 0,8 volt) supporté entre les électrodes métalliques de la cellule PV. Ces types de cellules photovoltaïques sont constitués de matériaux semi-conducteurs qui absorbent des photons lorsqu’ils sont exposés à la lumière.
Une cellule PV est réalisée à partir de deux couches de silicium, une dopée P (dopée au bore) et l’autre dopée N (dopée au phosphore) créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par le semi conducteur, ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons (charges N) et des trous (charges P). Ceci crée alors une différence de potentiel entre les deux couches. Cette différence de potentiel est mesurable entre les connexions des bornes positives et négatives de la cellule. À travers une charge continue, on peut en plus récolter des porteurs. La tension maximale de la cellule est d’environ 0.6 V pour un courant nul. Cette tension est nommée tension de circuit ouvert (VOC). Le courant maximal se produit lorsque les bornes de la cellule sont court-circuitées, il est appelé courant de court-circuit (ICC) et dépend fortement du niveau d’éclairement.
Si l’on met la cellule en court circuit, la cellule ne délivre aucune puissance (V=0), de même, si on mesure la tension sans mettre de charge pour faire débiter du courant (I=0), on est en circuit ouvert, donc la puissance électrique est nulle. Dans ces deux cas de figure, on peut mesurer deux caractéristiques importantes d’une cellule : Le courant de court-circuit Icc (ou Isc) et la tension en circuit ouvert Uco. (Ou Voc). Entre ces deux points, on peut placer des charges variables (par exemple des résistances) pour tracer une caractéristique courant – tension. Celle ci semble être une simple translation de la caractéristique de la diode, mais en réalité, le photocourant est dépendant de la tension. Il existe un point Pm de la courbe où la puissance délivrée est maximale. A ce point correspondent deux coordonnées : Im l’intensité de puissance maximale et Um la tension de puissance maximale. En anglais on note PMPP (maximum power point). On parle aussi de puissance, tension et courant nominaux. En réalité Icc a une valeur négative [33], lorsqu’elle est éclairée. Et par convention, on prend un courant positif pour tracer la courbe.
La caractéristique électrique I(V) de ce type de GPV s’avère proche de celle d’une cellule PV aux rapports de proportionnalité près. Ces rapports dépendent du nombre de cellules connectées en série et du nombre de branches de cellules associées en parallèle. Cette caractéristique est également non linéaire et présente un point de puissance maximal (PPM) caractérisé par un courant et une tension nommés respectivement, comme pour la cellule, IOPT et VOPT. Une cellule PV peut se modéliser à partir de l’équation définissant le comportement statique de la jonction PN d’une diode classique.
MODELISATION
En définitive, un capteur PV est, du point de vue technologique, proche d ’une d iode PN de par sa constitution, les matériaux utilisés et les phénomènes physiques identiques mis En œuvre. Le comportement d’une cellule PV peut donc se modéliser comme celui d’une mauvaise jonction PN autant en statique qu’en dynamique lorsque cette dernière n’est pas éclairée. Pour tenir compte du courant engendré par l’éclairement de la cellule et des différentes résistances modélisant les pertes dues à la connectique, trois termes sont ajoutés ICC, RS et RP.
MODELISATION DU GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE (GPV)
Pour trouver le modèle du générateur photovoltaïque, il faut tout d’abord retrouver son circuit électrique équivalent. De nombreux modèles mathématiques, ont été développés pour représenter le comportement du (GPV). On rencontre dans la littérature plusieurs modèles du générateur photovoltaïque qui diffère entre eux par la procédure et le nombre de paramètres intervenants dans le calcul de la tension et du courant finals du générateur photovoltaïque. Dans notre travail, nous avons utilisé le modèle à une diode, car c’est le plus cité dans la littérature. Le module photovoltaïque est caractérisé par son schéma électrique équivalent qui se compose d’une source de courant qui modélise la conversion du flux lumineux en énergie électrique, une résistance shunt RP caractérisant les courants de fuites de la photopile, une résistance série RS représentant les diverses résistances de contacts et de connexion, une diode en parallèle qui modélise la jonction PN [33] lorsque la jonction est éclairée, elle présente la particularité de pouvoir fonctionner en générateur, en produisant un courant de court-circuit proportionnel à l’éclairement.
PHOTOPILE SOUS ÉCLAIREMENT MULTISPECTRAL
Les cellules solaires appelées photopiles à jonction verticale parallèle [35, 36] voient le jour dans le but d’améliorer le rendement de conversion. La photopile à jonction verticale est conçue de telle sorte que l’éclairement incident soit parallèle au plan de la jonction. C’est une succession de photopiles de type n+ − p [37] où les émetteurs sont connectés entre eux et les bases également reliées entre elles.
Nous avons aussi un deuxième émetteur impliquent une deuxième jonction. C’est une succession de photopiles connectées en parallèle. Les points de contact sur la surface de la photopile jouent un rôle important pour le bon fonctionnement des photopiles à concentration au silicium. Ils sont directement liés aux contacts arrière qui sont souvent en IBC (Interdigitated Back Contact c’est-àdire contact arrière interdigité). Cependant, nous pouvons noter quelques différences non négligeables entre ces points de contact pour la face avant et les IBC pour la face arrière. La principale différence entre ces photopiles se trouve au niveau des zones de diffusion qui sont restreintes possédant ainsi de petites poches plutôt que de longs doigts. Ces petites poches sont arrangées sur la face arrière de la cellule sous forme de damier « chequerboard » c’est-à-dire les zones de type-n et de type-p ont des couleurs différentes d’où la structure en damier. L’autre différence est que, les zones de diffusion au niveau des contacts métalliques sont plus petites et sontlimitées par de petits secteurs.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
INTRODUCTION
I-1- EFFECTS FROM LARGE P SOLAR PROTON EVENTS ON PERFORMANCE OF SPACE SOLAR ARRAYS IN GEOSTATIONARY ORBIT ENVIRONMENT
I-2- SILICON SOLAR CELL SPACE CHARGE REGION WIDTH DETERMINATION BY A STUDY IN MODELLING
I-3- RADIATION EFFECT TEST FOR SINGLE-CRYSTALLINE AND POLYCRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS
I-4- RADIATION RESPONSE ANALYSIS OF TRIPLE JUNCTION INGAP/INGAAS/GE SOLAR CELLS
I-5- « MODELLING AND SIMULING THE POWERING SYSTEM OF A BASE TRANSMITTER STATION WITH A STANDALONE PHOTOVOLTAIC GENERATOR»
I-6- «CONCEPTION ET REALISATION DE MODULES PHOTOVOLTAÏQUES ELECTRONIQUES»
I-7- «APPLICATION DE LA COMMANDE “PERTURB AND OBSERVE” POUR L’EXTRACTION DE LA PUISSANCE MAXIMALE DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES »
I-8- « AMELIORATION DU FONCTIONNEMENT DES SYSTEMES PHOTOVOLTAÏQUES SUITE AUX BRUSQUES VARIATIONS DES CONDITIONS METEOROLOGIQUES ET DE LA CHARGE»
I-9- CONTROLEUR FLOU POUR LA POURSUITE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMUM D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE
CONCLUSION
CHPITRE II
INTRODUCTION
II-1- PRESENTATION DE LA PHOTOPILE A JONCTION VERTICALE
II-2- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE PHOTOPILE
II-3- MODELISATION
II-4- PHOTOPILE SOUS ECLAIREMENT MULTISPECTRAL
II-4-1 : ETUDE DE LA DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES DE CHARGE
II-4-1-1 : EQUATION DE CONTINUITE MINORITAIRE DE CHARGE DES PORTEURS
II-4-1-2 : CONDITIONS AUX LIMITES
II-5 – RESULTATS ET DISCUSSIONS
II-7-1 : DENSITE DES PORTEURS MINORITAIRES DE CHARGE
II-7-2 : DENSITE DE PHOTOCOURANT
II-7-3 : PHOTOTENSION
II-7-4 : ETUDE DE LA CAPACITE DANS LA ZONE DE CHARGE D’ESPACE (ZCE)
II-7-5 – DETERMINATION DE LA CAPACITE DE LA PHOTOPILE SOUS OBSCURITE
II-7-5-1:ETUDE DE LA CAPACITE DE LA PHOTOPILE EN FONCTION DE LA PHOTOTENSION
II-7-5-2 : TECHNIQUE DE DETERMINATION DE LA VITESSE INTRINSEQUE Sf0
II-7-6 : ETUDE DE LA PUISSANCE
II-7-6-1 : EXPRESSION DE LA PUISSANCE
II-7-6-2 : PROFIL DE LA PUISSANCE EN FONCTION DE LA PHOTOTENSION
II-7-7- CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION DE LA PHOTOPILE
II-8- ETUDE DE LA RESISTANCE SERIE (RS)
II-8-1- ETUDE DE LA RESISTANCE SHUNT (RSH)
II-8-2- GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
II-8-2-1 : CONSTITUTION D’UN GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
CONCLUSION
CHAPITRE III
INTRODUCTION
III-1- SYSTÈME CELLULAIRE
III-1-2: L’ARCHITECTURE D’UN RESEAU GSM
III-1-3- LES INTERFACES
III-1-4- L’INTERFACE UM
III-1-5- LA LIAISON A-BIS
III-1-6- LE SOUS SYSTEME RADIO
III-1-7- LA STATION DE TRANSMISSION DE BASE (BTS)
III-1-8- CABLES COAXIAUX
III-1-9- COMPOSTIONS D’UNE BTS
III-1-10- LE CONTROLEUR DE STATION DE BASE (BSC)
III-2- EQUIPEMENT DE TRANSMISSION UTILISEE
III-2-1- CHOIX DES EQUIPEMENTS
DIFFERENTES VERSIONS MECANIQUES DE L’IDU
FONCTIONNEMENT DES VERSIONS DE L’IDU LIGHT
ALIMENTATION DU COFFRET IDU
III-2-2- CONFIGURATIONS DE CAPACITES
VERSION IDU CLASSIQUE
VERSIONS IDU LIGHT
III-2-3- FONCTIONNEMENT DES VERSIONS D’ODU (OUTDOOR UNIT)
III-2-4-a- LA CARTE EMETTEUR (TX)
III-2-4-b- LA CARTE RECEPTRICE (RX)
III-2-5- COFFRET ODU
III-2-6– CABLE IDU/ODU
III-2-7– RACCORDEMENT DIRECT AVEC ALIMENTATION FLOTTANTE
II-3- FONCTIONNEMENT
III-3-1– CONFIGURATION 1+0
III-3-2-La carte MCU (Multiplexing and Control Unit)
III-3-3- Fonctionnement des versions de l’IDU Light
III-4- DIMENSIONNEMENT D’UN RESEAU MOBILE
III-4-1- COMPOSITION D’UN SITE RADIO
CONCLUSION
CHAPITRE IV
ETUDE EXPERIMENTALE
INTRODUCTION
IV-1- DIMENSIONNEMENT DU GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE
IV-2- LA DEMANDE ENERGETIQUE DE LA BTS AVEC L’EQUIPMENT DE L’ANTENNE (ODU, IDU)
IV-2-1- GENERATEUR SOLAIRE A INSTALLER
IV-2-2- DIMENSIONNEMENT DES BATTERIES A INSTALLER
IV-2-2-1-CAPACITE DE LA BATTERIE
IV-2-2-2- DIMENSIONNEMENT FINAL DU SYSTEME PHOTOVOLTAIQU
IV-2-3- MODELISATION DU GENERATEUR PHOTOVOLTAIQUE
IV-2-3-1- SIMULATION DU GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
IV-2-3-2- CARACTERISTIQUES DU MODULE PHOTOVOLTAÏQUE POUR DIFFERENTS ECLAIREMENTS
IV-2-3-2-1- CARACTERISTIQUE COURANT-TENSION
IV-2-3-3-CARACTERISTIQUES DU MODULE PHOTOVOLTAÏQUE POUR DIFFERENTES TEMPERATURES
IV-2-4- LES HACHEURS
IV-2-4-1(a)-HACHEUR DIRECTS
IV-2-4-1(b)-HACHEUDIRECTS INDIRECTES
IV-2-4-2- HACHEUR SERIE (ABAISSEUR DE TENSION OU BUCK)
IV-2-5- HACHEUR PARALLELLE (ELEVATEUR OU BOOST)
IV-2-6- MODELISATION DU HACHEUR BOOST
IV-3- MODELE DU HACHEUR
IV-4- ETAGE D’ADAPTATION SPECIFIQUE ENTRE UN GPV ET UNE CHARGE DC
IV-4-1- LES DIFFERENTS ETAGES D’ADAPTATION DC-DC
IV-4-1-1- ETAGE D’ADAPTATION ABAISSEUR
IV-4-2- ETAGE D’ADAPTATION SURVOLTEUR
IV-4-4 – ETAGE D’ADAPTATION ABAISSEUR/SURVOLTEUR (CUK)
IV-4-5 – PRINCIPE DE LA RECHERCHE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMALE (MPPT)
IV-5- CONCEPT MPPT
IV-5-1- PREMIERS TYPES DE COMMANDE MPPT
IV-5-2- LES COMMANDES MPPT DESTINEES AUX APPLICATIONS SPATIALES
IV-5-3- LES COMMANDES MPPT A ALGORITHMES PERFORMANTS
IV-5-4- LES COMMANDES MPPT NUMERIQUES PERFORMANTES
IV-5-5- SYNTHESE
IV-5-5- MODELISATION DE LA COMMANDE MPPT
IV-6- ALGORITHME ‘PERTURBATION ET OBSERVATION’, P&O
IV-6-1- PRINCIPE DES COMMANDES “PERTURB AND OBSERVE” (P&O)
IV-7- RESULTATS PAR SIMULATION MATLAB
IV-7-CARACTERISTIQUES DU MODULE PHOTOVOLTAÏQUE POUR DIFFERENTS ECLAIREMENTS ET DE LA TEMPERATUE
CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
