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1 SOMMAIRE REMERCIEMENT .......................................................

1 SOMMAIRE REMERCIEMENT ............................................................................................................................................... 3 CAHIER DE CHARGE .......................................................................................................................................... 4 INTRODUCTION GENERALE .............................................................................................................................. 5 L’OUTIL MATLAB/SIMULINK ............................................................................................................................. 6 CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR L’ENERGIE SOLAIRE ........................................................................................ 7 I. INTRODUCTION ............................................................................................................................................. 7 II. LES DIFFERENTS TYPES D’ENERGIES RENOUVELABLES ........................................................................................ 8 1. L'énergie hydraulique ........................................................................................................................... 8 2. L'énergie éolienne ................................................................................................................................. 8 3. L'énergie solaire .................................................................................................................................... 8 4. L'énergie de la géothermie ................................................................................................................... 8 5. L'énergie de la biomasse ....................................................................................................................... 8 6. Les énergies marines ............................................................................................................................. 8 III. LE CLASSEMENT MONDIAL DES ENERGIES RENOUVELABLES ............................................................................ 8 IV. L’ENERGIE SOLAIRE ................................................................................................................................... 9 V. L’ENERGIE THERMIQUE : .............................................................................................................................. 11 VI. L’UTILISATION DE L’ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE : ....................................................................................... 11 1. Les centrales électriques : ................................................................................................................... 11 2. Pour les bâtiments : ............................................................................................................................ 11 3. Pour les dispositifs autonomes : ......................................................................................................... 11 4. Pour les satellites : .............................................................................................................................. 12 VII. PROJETS NATIONAUX ............................................................................................................................... 12 VIII. CONCLUSION : ......................................................................................................................................... 12 CHAPITRE 2 : ETUDE, MODELISATION ET SIMULATION D’UN GPV .................................................................. 13 I. INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 13 II. PRINCIPE DE BASE ....................................................................................................................................... 13 III. LA CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE ................................................................................................................. 15 1. MATERIAUX DE MISE EN ŒUVRE DE LA CELLULE PV ............................................................................................. 15 2. LES CELLULES DE LA 1ERE GENERATION ............................................................................................................. 16 3. LES CELLULES DE LA 2EME GENERATION ............................................................................................................ 16 4. LES CELLULES DE LA 3EME GENERATION ............................................................................................................ 17 5. LE RENDEMENT DES CELLULES PV .................................................................................................................... 17 IV. PROPRIETES ELECTRIQUES ET MODELISATION D’UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE ........................................... 18 V. LES MODULES PHOTOVOLTAÏQUES : ............................................................................................................... 20 1. DEFINITIONS : .............................................................................................................................................. 20 2. ASSOCIATION EN SERIE................................................................................................................................... 20 3. ASSOCIATION EN PARALLELE ........................................................................................................................... 21 4. CONCLUSION ............................................................................................................................................... 22 VI. LE GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE .......................................................................................................... 23 1. MODELISATION D’UN GPV AVEC MATLAB-SIMULINK ....................................................................................... 23 2. SIMULATION DU GENERATEUR PV AVEC COUPLAGE DIRECT .................................................................................. 25 VII. CONCLUSION .......................................................................................................................................... 30 CHAPITRE 3 : ETUDE, MODELISATION ET SIMULATION D’UN CONVERTISSEUR DC/DC ....... 31 2 I. INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 31 II. LE HACHEUR SURVOLTEUR / CONVERTISSEUR DC-DC .................................................................................... 31 III. STRUCTURE DE HACHEUR SURVOLTEUR ..................................................................................................... 32 III. FONCTIONNEMENT .................................................................................................................................. 32 1. Phase d’accumulation de l’énergie..................................................................................................... 32 2. Phase de restitution de l’énergie ........................................................................................................ 33 IV. MLI ...................................................................................................................................................... 34 V. IMPLEMANTATION DE CONVERTISEUR DC/DC SOUS «MATLAB/SIMULINK» .................................................... 35 VI. IMPLEMANTATION DE MLI SOUS «MATLAB/SIMULINK» ........................................................................... 35 VII. RESULTAT DE SIMULATION SOUS « MATLAB/SIMULINK » .......................................................................... 35 VIII. CONCLUSION .......................................................................................................................................... 36 CHAPITRE 4 : ETUDE ET SIMULATION DE L’ALGORITHME MPPT ..................................................................... 37 I. INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 37 II. L’APPLICATION AU GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE ........................................................................................ 38 III. TYPES D’ALGORITHMES MPPT ................................................................................................................. 38 1. Approche Perturbe and Observe ........................................................................................................ 38 2. Approche Incremental Conductance .................................................................................................. 39 3. Approche Open- and Short-Circuit ...................................................................................................... 41 IV. IMPLEMENTATION DE L’ALGORITHME MPPT SOUS « MATLAB/SIMULINK »................................................. 41 1. Implémentation du P&O ..................................................................................................................... 41 V. CONCLUSION ............................................................................................................................................... 42 CHAPITRE 5 : SIMULATION DU SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE ......................................................................... 43 I. INTRODUCTION ........................................................................................................................................... 43 II. IMPLEMENTATION DE SYSTEME GLOBALE SOUS «MATLAB/SIMULINK » ........................................................... 43 III. INTERPRETATION DES RESULTATS ............................................................................................................. 44 CONCLUSION .................................................................................................................................................. 45 TABLES DES FIGURES ...................................................................................................................................... 46 BIBLIOGRAPHIE .............................................................................................................................................. 48 3 Remerciement Mes vifs remerciements vont et d’une manière respectueuse et combien reconnaissante à Monsieur le Professeur ESSADKI AHMED qui a bien voulu et en dépit de ses multiples engagements tant professionnels que personnels, d’accepter de diriger et de parrainer ce travail. Qu’il veuille bien me permettre de rendre hommage à ses qualités exceptionnelles, à son savoir-faire, et à sa contribution bénéfique à la réalisation de ce travail. Par la même occasion, je tiens à remercier très chaleureusement, toute personne ayant contribué à la réalisation de ce mini-projet. Nous finirions par les remerciements les plus importants qui vont à nos parents, auxquels nous devons ce que nous sommes, pour exprimer notre profonde gratitude, notre grand amour et éternelle reconnaissance, pour leurs nobles sacrifices, nous prions Dieu qu’il leurs procure santé, bonheur et longue vie. 4 CAHIER DE CHARGE L’objectif de ce travail est de présenter les résultats concernant la caractérisation électrique et la modélisation dans l’environnement «MATLAB/Simulink » des générateurs photovoltaïques. Nous analysons le courant débité par le générateur ainsi que la puissance électrique fournie par ce générateur en fonction de la tension de sortie du générateur à l’échelle horaire. Le modèle électrique utilisé dans cette modélisation est fonction d’une part de la température de jonction des cellules et d’autre part de l’ensoleillement dans le plan des panneaux ce qui a nécessité le calcul de l’irradiation globale sur un plan incliné. Les résultats obtenus montrent que l’outil de simulation «MATLAB/Simulink » valide les modèles électriques de conversion photovoltaïque d’une part, d’autre part la possibilité de modéliser d’une manière efficace et rapide un champ photovoltaïque. Ceci permet de fonctionner les générateurs photovoltaïques dans les conditions optimales et en conséquences une meilleure exploitation de l’énergie solaire. 5 INTRODUCTION GENERALE Les énergies renouvelables, il s’agit de sources qui se renouvellent et ne s’épuiseront donc jamais à l’échelle du temps humain, Les sources non renouvelables sont les énergies fossiles comme le pétrole, le charbon et le gaz dont les gisements limités peuvent être épuisés. Les sources renouvelables sont l’énergie solaire, éolienne, hydraulique, géothermique, marine et la biomasse. Pour de nombreuses raisons. Tout d’abord, si nous ne développons pas leur utilisation, les réserves en énergies fossiles s’épuiseront, puisqu’elles ne sont pas renouvelables ! Ces mêmes sources d’énergie non renouvelables sont responsables de l’effet de serre à l’origine du réchauffement climatique qui menace notre planète et les générations futures. Les énergies renouvelables sont inépuisables, propres et peuvent être utilisés de manière autogérée (puisqu'elles peuvent être utilisés dans le même lieu où elles sont produites). Elles présentent en outre l'avantage additionnel de se compléter entre elles. Par exemple, l'énergie solaire photovoltaïque fournit de l'électricité les jours dégagés (généralement avec peu de vent), tandis que dans les jours froids et venteux, avec des nuages, ce sont les aérogénérateurs qui prendront le relais et produiront la majorité de l'énergie électrique. La méthode la plus simple pour la production d'énergie solaire est celle de la conversion photovoltaïque, qui consiste à transformer l'énergie solaire en énergie électrique au moyen de capteurs solaires. Les cellules sont montées sur les panneaux ou les modules solaires pour obtenir un voltage adéquat aux applications électriques ; les panneaux recueillent l'énergie solaire en la transformant directement en énergie électrique sous forme de courant continu, qu'il sera nécessaire de stocker dans des accumulateurs, si l'on souhaite, pouvoir l'utiliser la nuit. 6 L’outil Matlab/Simulink Simulink est un logiciel de modélisation système multiphysique édité par l'entreprise americain. Simulink est une plate-forme de simulation multi-domaine et de modélisation de systèmes dynamiques. Il fournit un environnement graphique et un ensemble de bibliothèques contenant des blocs de modélisation qui permettent le design précis, la simulation, l’implémentation et le contrôle de systèmes de communications et de traitement du signal. Simulink est intégré à MATLAB, fournissant ainsi un accès immédiat aux nombreux outils de développement algorithmique, de visualisation et d’analyse de données de MATLAB. L’environnement Simulink peut modéliser un système, simuler son comportement, décomposer le design avant son implémentation. Avec Simulink, il est possible de créer des diagrammes hiérarchiques de blocs pour la modélisation haut niveau d’un système, comme des Blocs Diagrammes de Fiabilité, de construire des simulations complètes, d’intégrer des composants comme un signal analogique, des communications numériques ou des logiques de contrôle. La simulation permet de s'assurer que le système correspond aux spécifications. La simulation est paramétrée de manière à optimiser les performances. Simulink peut modéliser des données simples ou multicanaux, des composants linéaires ou non. Simulink peut simuler des composants numériques, analogiques ou mixtes. Il peut modéliser des sources de signaux et les visualiser. 7 Chapitre 1 : Généralités sur l’énergie solaire I. Introduction Les énergies renouvelables proviennent de 2 grandes sources naturelles : le Soleil (à l'origine du cycle de l'eau, des marées, du vent et de la croissance des végétaux) et la Terre (qui dégage de la chaleur). Surnommées "énergies propres" ou "énergies vertes", leur exploitation engendre très peu de déchets et d'émissions polluantes mais leur pouvoir énergétique est beaucoup plus faible que celui des énergies non renouvelables. Figure 1.1: Les cinq familles énergies renouvelables 8 II. Les différents types d’énergies renouvelables Les énergies renouvelables sont divisées en 6 catégories : 1. L'énergie hydraulique La force de l'eau des chutes retenue par des barrages ou celle qui alimente les aménagements "au fil de l’eau" fait tourner les turbines des centrales pour produire de l'électricité. 2. L'énergie éolienne La force du vent fait tourner des éoliennes qui produisent de l'électricité. 3. L'énergie solaire Les rayons du soleil chauffent l'eau grâce à des capteurs solaires ou fournissent de l'électricité grâce à des cellules photovoltaïques ou des centrales solaires. 4. L'énergie de la géothermie La chaleur du sous-sol chauffe directement l'eau ou fait tourner les turbines des centrales pour produire de l'électricité. 5. L'énergie de la biomasse La combustion de la matière organique (plantes, arbres, déchets animaux, agricoles ou urbains) produit de la chaleur ou de l'électricité. 6. Les énergies marines Les flux naturels d'énergie des eaux marines et de la matière marine sont utilisés pour produire de l’électricité. La force des marées fait tourner les turbines des centrales pour produire de l’électricité. III. Le classement mondial des énergies renouvelables La répartition des sources d'énergies renouvelables dans le uploads/Geographie/ energie-solaire-photovoltaique-pdf.pdf