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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE CONSTANTINE I Faculté des Sciences de la Technologie Département d’Electronique N°d'ordre : ............... SERIE : ............... THESE PRESENTEE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE Magister en Electronique Option: Matériaux et nanoélectronique Présentée par : MelleDEBILI Narimene Devant le jury : Président : Mohamed REMRAM Professeur UCI Rapporteur : Abdesselam HAOUAM Maître de conférences A . UCI Examinateurs : Tahar KERBACHE Professeur UCI Rachid CHENNI Professeur UCI Année 2014/2015 Etud e et optimisation en environn em ent Matlab/Simulink d'un système de pompage Photovoltaiqu e Remerciement Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance à monsieur A.HAOUAM, maître de conférence classe A, de l’université Constantine 1 qui a permis de réaliser ce travail sous sa direction et pour son soutien précieux tout le long du travail. Je remercie vivement : - Monsieur M.RAMRAM, professeur à l’université Constantine 1 qui me fait l’honneur de présider le jury de soutenance. - Monsieur T.KERBACHE, Professeur à l'université Constantine 1pour son accord d' être examinateur de cette thèse . - Monsieur R.CHENNI, professeur à l'université Constantine 1 , pour son intérêt accru dans ce domaine et pour avoir accepté d’examiner ce travail. Je souhaite remercier aussi Monsieur L.ZAAROUR pour toute l'aide qu'il m'a apporté . Dédicace Avant tout nous tenons nos remerciements à notre dieu de nos avoir donné la force et le courage. Je dédie cette thèse à … A l’âme de mon grand Père Salah : Aucune dédicace ne saurait exprimer l’amour , l’estime, le dévouement et le respect que j’ai toujours eu pour vous. Rien au monde ne vaut les efforts fournis jour et nuit pour mon éducation et mon bien être ; que la terre lui soit légère, amen. A l'âme de ma grande mère (MiMi) je te remercie pour toute l'affection et la gentillesse que tu as sommée en mon cœur, la joie de vivre, et les conseils si doux que je n'ai jamais entendu. A l’âme de ma mère Naziha. qui a toujours souhaité que je réussisse dans mes études et dans ma vie Je prie le Tout Puissant ALLAH pour le repos de son âme, amen ! A ma chère grande mère maternelle Nadia : Tu représentes pour moi le symbole de la bonté par excellence, la source de tendresse et l’exemple du dévouement qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier pour moi. A mon très cher oncle Ahmed pour tous qu'il m'a donné , pour sa compréhension : Tes sacrifices, ton soutien moral et matériel, ta gentillesse sans égal, ton profond attachement m'ont permis de réussir mes études. Sans ton aide, tes conseils et tes encouragements ce travail n'aurait vu le jour. A mon père hamid pour son soutien et sa présence : Votre affection et votre soutien m’ont été d’un grand secours au long de ma vie professionnelle et personnelle. Veuillez trouver dans ce modeste travail ma reconnaissance pour tous vos efforts. A ma soeur souheila et son mari Abdelghani et leurs petites filles Maha et Rafif En témoignage de l’attachement, de l’amour et de l’affection que je porte pour vous. Je vous dédie ce travail avec tous mes voeux de bonheur, de santé et de réussite. A mes sœurs et frères : Hind ,Hala ,Maroine et Akram ; Je vous remercie pour votre aide sans égal et votre affection si sincère. A tous mes amis et a tous ceux qui me sont chers ; Debili Narimene Table des matières Table des matières INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................1 CHAITRE I : GENERALITES SUR LES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES I-1- Introduction .............................................................................................................................3 I-2- Le Rayonnement solaire ..........................................................................................................3 I-2-1 Le spectre du rayonnement.... .................................................................................................4 I-2-2 La durée d'insolation.................................................................................................................5 I-3 Conversion photovoltaïque........................................................................................................6 I-3-1 L'effet photovoltaïque ...........................................................................................................6 I-3-2 Le principe de la conversion photovoltaïque............................................................................6 I-3-3 La cellule photovoltaïque .........................................................................................................7 I-3-2 Les types des cellules ...............................................................................................................7 I-3-3 Rendement des cellules.............................................................................................................7 I-4 Le module photovoltaïque............................................................................................................8 I-5 Classification des systèmes photovoltaïques............................................................................9 I-5-1 Les systèmes isolé ou autonome ..............................................................................................9 I-5-2 Les systèmes raccordés au réseau ............................................................................................9 I-6 Utilisation des systèmes solaire ................................................................................................9 I-7 Avantages et inconvénients des Systèmes photovoltaïques .................................................10 I-7-1 Avantages................................................................................................................................10 I-7-2 Inconvénients..........................................................................................................................10 I-8 Conclusion ................................................................................................................................11 CHAITRE II : GENERATEURS PHOTOVOLTAIQUES II-1 Introduction............................................................................................................................11 II-2 Caractéristiques électriques d’une cellule photovoltaïque.................................................11 II-3 Les paramètres d’une cellule solaire....................................................................................12 II-3-1 La Tension en circuit ouvert Voc...........................................................................................12 II-3-2 Le Courant de court-circuit Isc..............................................................................................12 II-3-3 La Puissance maximale P max ...............................................................................................12 II-3-4 Le Facteur de qualité.............................................................................................................13 II-3-5 Le Facteur de forme ff...........................................................................................................13 Table des matières II-3-6 Rendement énergétique maximum η.....................................................................................13 II-4 Les paramètres qui influent sur la caractéristique I(V).....................................................13 II-4-1 L'influence de la résistance série...........................................................................................14 II-4-2 Influence de l’éclairement.....................................................................................................14 II-4-3 Influence de la température...................................................................................................15 II-5 Générateur photovoltaïque.......................................................................................................15 II-5-1 Le module photovoltaïque....................................................................................................16 II-5-1-1 Association des Modules...................................................................................................16 II-5-1-1-1 Association en série........................................................................................................16 II-5-1-1-2 Association en parallèle..................................................................................................17 II-5-1-1-3 Association mixte des Générateurs photovoltaïques.....................................................17 II-6 Conclusion..............................................................................................................................18 CHAPITRE III :MODELISATION DU SYSTEME POMPAGE PHOTOVOLTAIQUE III-1 Introduction ..........................................................................................................................19 III-2 La modélisation du générateur photovoltaïque..................................................................19 III-2-1 Modalisation d’une cellule solaire ......................................................................................19 III-3 Modélisation d'un module BP MSX60 de BP Solaire........................................................23 III-3-1 Caractéristique courant- tension, puissance– tension...........................................................23 III-3-2 Influence de la température.............................. ..................................................................23 III-3-3 Influence de l’éclairement...................................................................................................24 II-3-4 Influence de l’éclairement et la température.........................................................................25 II-3-5 Influence de la résistance série..............................................................................................25 II-3-6 Influence du Facteur de qualité ...........................................................................................26 III-3-7 L'influence de l'association en parallèle ,série ,mixte des modules.....................................27 III-3-8 Zone de fonctionnement du module solaire .......................................................................27 III-4 Adaptation du générateur photovoltaïque à la charge.....................................................28 III-4-1 Connexion directe source-charge .......................................................................................28 III-4-2 Étage d’adaptation entre un GPV et une charge................................................................29 III-4-3 Les convertisseurs DC-DC.................................................................................................29 III-4-3-1 Convertisseur dévolteur (Buck - converter)....................................................................30 III-4-3-2 Convertisseur survolteur ( Boost - converter) ................................................................32 III-4-3 Le convertisseur Buck-Boost.............................................................................................33 III-5 Modélisation du groupes motopompe d'un système photovoltaïque..............................35 Table des matières III-5-1 Le Moteur.............................................................................................................................35 III-5-1-2. Le moteur à aimant permanent sans balais.......................................................................36 III-5-1-4 Résultats de simulation de moteur à aiment permanent....... ............................................36 III-5-2 Les pompes ..........................................................................................................................38 III-5-2-2 Types des pompes........................................................................................ ....................39 III-5-2-2-1 Pompe volumétrique .....................................................................................................39 III-5-2-2-1-1 Caractéristiques Débit-vitesse....................................................................................39 III-5-2-2-1-2 Caractéristiques puissance- vitesse.............................................................................40 III-5-2-2-1-3 Caractéristiques débit -hauteur .................................................................... .............40 III-5-2-3 La pompe centrifuge.........................................................................................................40 III-5-2-3-1 Principe de fonctionnement ..........................................................................................41 III-5-2-3-2 Constitution d’une pompe centrifuge .......................................................................... 41 III-6 Modélisation de la pompe centrifuge ..................................................................................42 III-6 -1 Les pertes de charge.................................................................. .........................................42 III-6-1-1 Pertes de charges linéaires ................................................................... ...........................42 III-6 -1-2 Pertes de charges singulières ...................................................................................... ....42 III-6 -2-Les caractéristiques de la pompe centrifuge .....................................................................43 III-6 -2-1 La caractéristique débit- vitesse ............................................................................. .......43 III-6 -2-2 La caractéristique couple-vitesse................................................................................ ....44 III-6 -2-3 La caractéristique débit- hauteur................................................................................ ....44 III-6 -2-4 La caractéristique de puissance.......................................................................................45 III-6 -2-5 La caractéristique du rendement .....................................................................................46 III-7 Les différents types d'installation du groupe motopompes...............................................46 III-8 Conclusion ............................................................................................................................48 Chapitre IV: Simulation et optimisation du système de pompage sous MATLAB/SIMULINK IV-1 Introduction ..........................................................................................................................49 IV-2 Simulation du générateur photovoltaïque...........................................................................49 IV-2-1 Modèle d'un module PV ...................................................................................................49 IV-3 Simulation d'un moteur à courant continu ................................................................ .......52 IV-4 Dimensionnement d'un système de pompage photovoltaïque...........................................53 IV-4-1 Dimensionnement du motopompe ......................................................................................54 IV-4-2 Dimensionnement du générateur PV ..................................................................................55 Table des matières IV-5 Couplage directe d'un moteur à courant continu au générateur PV...............................55 IV-6 Couplage à travers un convertisseur...................................................................................56 IV-6-1 Principe de la recherche MPPT.......................................................................................57 IV-6-2 Les algorithmes du point de puissance maximale...............................................................57 IV-6-2-1. Méthode de perturbation et d'observation (P&O)..........................................................57 IV-6-2-2 Méthode de l’incrémentation de Conductance................................................................58 IV-6-2-3 Algorithme capacité- parasite (PC)..................................................................................60 IV-7 Optimisation du système de pompage photovoltaïque.......................................................61 IV-8 Simulation du système globale.............................................................................................62 IV-9 Résultats de simulation ........................................................................................................63 IV-10 Conclusion ..........................................................................................................................69 Conclusion générale ................................................................................ .......70 Liste des figures..............................................................................................................................71 Annexe ....................................................................................................................................... ...74 Nomenclature..................................................................................................................................79 Références Bibliographiques ............................................................................................. ..........82 Résumé ................................................................................................................................ ....... ..85 Introduction générale 1 Introduction générale Le réchauffement climatique et la pollution de l'environnement d‟une part et l'épuisement dans les décennies à venir des ressources à base de combustibles fossiles d‟autre part sont aujourd'hui les deux principales préoccupations dans le monde entier. Les énergies renouvelables sont une solution pour remplacer les sources d‟énergie classiques qui sont polluantes et tendent à disparaitre. L'utilisation de l‟énergie solaire dans notre pays est largement justifiée, et surtout dans le domaine du pompage solaire dans les régions isolées et arides (Sahara Algérien). À l'ère du développement durable, l'énergie photovoltaïque connaît une progression rapide en raison de son potentiel significatif comme source d'énergie renouvelable. En effet, plus de 22 GW ont été produite en 2010 contre 0.4 GW en 1998.Cependant, le rendement de la conversion photovoltaïque reste relativement faible en plus du cout élevé des panneaux solaires et de leur installation. Pour amortir le cout de l‟utilisation des systèmes solaires on met en œuvre des techniques d'optimisation. La MPPT (Maximum Power Point Tracker ) reste une bonne approche dans la résolution des problèmes de la conversion de l‟énergie solaire, elle consiste à faire fonctionner les systèmes photovoltaïques dans leur zone de puissance maximale . Dans ce travail nous nous somme intéresses à l'étude et l'optimisation du fonctionnement d'un système de pompage photovoltaïque, de ce fait, le présent mémoire est subdivisé en quatre chapitres dont le contenu est succinctement résumé ci-dessous. Nous aborderons Dans le premier chapitre des généralités sur la technologie photovoltaïque . En commençant par des notions sur le rayonnement solaire, Dans deuxième temps nous montrons les différents types de systèmes photovoltaïques, et on terminera avec les Avantages et Inconvénients de l‟énergie photovoltaïque. Dans le second uploads/Geographie/ deb6634-pdf.pdf