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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abou BekrBelkaïd – Tlemcen Faculté de Technologie Département de Génie Electrique et Electronique Filière : Electrotechnique Master : Académique MEMOIRE Présenté pour l’obtention du diplôme de MASTER Spécialité : Réseaux Electriques & Réseaux Electriques Intelligents Par : ZENAKHI Asma Etude par simulation du fonctionnement d’un système photovoltaïque menu d’une commande MPPT Soutenu publiquement, le 14 /06/2016, devant le jury composé de : M S.M.MELIANI Maître de Conférences -A Univ. Tlemcen Président M A. BOUMEDIENE Professeur Univ. Tlemcen Encadreur M M.C.BENHABIB M A.BRIKCI NIGASSA Maître de Conférences -A xxMaître Assistant-A- Univ. Tlemcen Univ. Tlemcen Examinateur Examinateur 2 Remerciements Avant tout je remercie Allah pour que je vie ce jour et la force et la patience pour terminer ce travail. Je tiens à exprimer mes remerciements à mon encadreur M A. BOUMEDIENE qui a proposé et a dirigé ce travail. Je remercie monsieur le président de jury M S.M.MELIANI, ainsi que les membres de jury d’avoir accepté de juger ce travail M M.C.BENHABIB et M A.BRIKCI NIGASSA. .Je dois remercier aussi qui n’ont épargné aucun effort pour mettre `a ma disposition la documentation et les explications nécessaires. Et aussi je tiens à remercier l’ensemble du corps enseignant du Département GEE. Merci enfin à tous ceux qui, de près ou de loin, nous ont aidé et donc ont contribué au succès de ce travail. 3 Dédicaces Je dédie ce travail : À mes très chers parents, que dieu les garde et les protège pour leurs soutien inconditionnel, moral et financier, ses encouragements, et pour m’avoir permis de réaliser mes études dans les meilleures conditions. À mes frères Abdel Rahman et Mohamed, ma sœur Khadîdja et son mari Abdel Kader et ces enfants Yassine et Issam. À toute la famille Zenakhi et Ramdani À tout(es) mes cher(es) ami(es) Et toute la promotion 2016 Réseau électrique et réseaux électriques intelligents à Tlemcen. ASMA 4 Liste des symboles D2 : Diamètre de soleil(1.39.109m) Dt : Diamètre de la terre(1.27.107m) Lts : Distance moyenne soleil_ terre (1.5. 1011m) Icc : Le courant de court-circuit (A) Vco : La tension de circuit ouvert (V) : Nombre de modules dans le panneau en série : Nombre de modules dans le panneau en parallèle Ipv : Courant générer par la cellule photovoltaïque(A) Iph : Photo courant créer par la cellule(A) Id: Le courant circulant dans la diode (A) Ish : Le courant circulant dans la résistance Rsh (A) : Energie de seuil Ios : le courant de court-circuit de la cellule à la température de référence Tr et l’éclairement de référence(A) : Courant de Saturation(A) : Courant de court de circuit(A) K : la constante de Boltzmann (1.3854 10-23J /K) q : Charge électrique élémentaire (1,6 10-19 C) A : Facteur d’idéalité de la diode (1<A<3) : La tension aux bornes de cette même cellule(V) ɳ : Rendement de la cellule(%) 5 : Température référence de la cellule : Température ambiante Température de fonctionnement de la cellule : Résistance Série(Ω) : Résistance Parallèle(Ω) : Tension de circuit ouvert(V) : Tension thermique(V) : Coefficient de la température de : Tension d’entrée du hacheur – Boost(V) : Tension de sortie du hacheur – Boost(V) : Tension aux bornes de la diode (V) G : Eclairement (W /m2) : Eclairement pour les STC L : Inductance(H) C : Capacité (F) α : rapport cyclique R : Résistance(Ω) : Courant de Capacité(A) : Courant de l’inductance(A) 6 Abréviation utilisées PV: Panneau Photovoltaïque. GPV: Générateur Photovoltaïque. FF: Facteur de forme. MPP : Point de fonctionnement optimal ‘Maximum Power Point’. NOCT: Nominal Operating Cell Temperature. STC: Standard Test Conditions. MPPT: Maximum Power Point Tracking. P&O: Perturbation et Observation. DC: Courant Continu (Direct Current). 7 Listes des figures Chapitre I Figure (I.1) : Composantes du rayonnement solaire au sol Figure (I.2) : cellule photovoltaïques Figure (I.3) : Le principe de fonctionnement d’une cellule solaire Figure (I.4) : le type de cellule monocristalline Figure (I.5) : le type de cellule poly cristalline Figure (I.6) : le type de cellule amorphe Figure(I.7):Caractéristique résultantes d’un regroupement de Np cellules en parallèle Figure(I.8):Caractéristique résultantes d’un regroupement de Ns cellules en série Figure(I.9) : Schéma équivalant de la cellule photovoltaïque Figure (I.10) : Module photovoltaïque Figure (I.11) : Câblage des cellules dans un module Figure (I.12) : panneau solaire Chapitre II Figure(II.1) : Schéma équivalant d'une cellule photovoltaïque complète Figure (II.2) : Schéma de simulation du panneau PV BP solar 2150S Figures(II.3) : Caractéristique Courant-Tension du panneau PV Figure(II.4) : Caractéristique Puissance-Tension du panneau PV Figure (II.5) : Comparaison entre la simulation et le constructeur Figure (II.6) : bloc simulink de panneau photovoltaïque exposé à différent éclairements 8 Figure (II.7) : Résultats de simulation des caractéristiques I=f(V) pour différentes éclairement et une température Tc =25°c Figure (II.8) : Résultats de simulation des caractéristiques P=f(V) pour différentes Eclairement et une température Tc =25° Figure (II.9) : Résultats de simulation des caractéristiques I= f(V) pour différentes Températures et un éclairement G=1000W/m 2 Figure (II.10) : Résultats de simulation des caractéristiques P=f(V) pour différentes températures et un et un éclairement G=1000W/m 2 Figure (II.11) : Symbole d'un convertisseur DC-DC Figure (II.12): Schéma électrique d'un hacheur buck Figure(II.13): Chronogrammes de courant et tension d’un hacheur buck Figure (II.14): Schéma électrique d'un hacheur boost Figure(II.15): Chronogrammes de courant et tension d’un hacheur boost Figure(II.16): Schéma électrique d’un hacheur buck- boost Figure(II.17): Chronogrammes de courant et de tension d’un hacheur buck-boost Figure (II.18): Ondulation du courant de l'inductance Figure(II.19): Ondulation sur la tension de condensateur Figure(II.20) : Schéma de simulation du hacheur boost Figure (II.21) : Tension de sortie du hacheur boost Figure (II.22) : Courant de sortie du hacheur boost Figure (II.23) : Schéma synoptique du système PV Figure(II.24) : Tension de sortie du système (panneau+hacheur) Figure(II.25) : Courant de sortie du système (panneau+hacheur) Figure(II.26) : Puissance de sortie (panneau+hacheur) 9 Figure(II.27) : Tension du panneau PV et la tension de sortie du convertisseur avec une variation de température de 25° c jusqu’à 5° c Figure(II.28) : Puissance du panneau PV et la puissance de sortie du convertisseur avec une variation de température de 25° c jusqu’à 5° c Chapitre III Figure(III.1) : Système photovoltaïque avec une commande MPPT Figure(III.2) : Recherche et recouvrement du Point de Puissance Maximale a) suite à une variation d'éclairement, b) suite à une variation de charge, c) suite à une variation de température Figure(III.3) : Signe de et à différentes positions de la courbe caractéristique de puissance Figure(III.4) : Organigramme de la méthode P&O Figure(III.5) : Schéma block de la commande MPPT (P&O) Figure(III.6) : Modèle SIMULINK du panneau PV +hacheur avec une commande MPPT (P&O) Figure(III.7) : Tension du panneau PV et la tension de sortie du convertisseur Figure(III.8) : Puissance du panneau PV et la puissance de sortie du convertisseur Figure(III.9) : Tension du panneau PV et la tension de sortie du convertisseur avec une variation de température de 25°c jusqu’a 5°c Figure(III.10) : Puissance du panneau PV et la puissance de sortie du convertisseur avec une variation de température de 25°c jusqu’à 5°c 10 Liste des tableaux Tableau (II.1) : Caractéristiques électriques du PB 2150S 11 Sommaire INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................... 15 CHAPITRE I : GENERALITE SUR LE SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE .................. 19 I.1 Introduction ................................................................................................................ 20 I.2 L'énergie solaire.......................................................................................................... 20 I.3 Rayonnement solaire ................................................................................................. 21 I.3.1 Rayonnement direct ............................................................................................ 21 I.3.2 Rayonnement diffus ............................................................................................ 21 I.3.3 Rayonnement réfléchi ......................................................................................... 22 I.3.4 Rayonnement global ........................................................................................... 22 I.4 Effet photovoltaïque .................................................................................................. 22 I.5 Cellules photovoltaïques ........................................................................................... 23 I.5.1 Historique de la cellule photovoltaïque .............................................................. 23 I.5.2 Principe de fonctionnement ................................................................................ 24 I.5.3 Les différents types des cellules photovoltaïques .............................................. 25 I.6 Générateur photovoltaïque(GPV) .............................................................................. 28 I.7 Constitution d’un générateur photovoltaïque (GPV) ................................................ 28 I.7.1 Association des cellules photovoltaïques en parallèle ........................................ 28 I.7.2 Association des cellules photovoltaïques en série .............................................. 29 12 I.8 Modélisation électrique d’une cellule photovoltaïque .............................................. 30 I.9 Paramètres d’une cellule photovoltaïque .................................................................... 31 I.9.1 Courant de court-circuit (Icc) ............................................................................. 31 I.9.2 Tension de circuit-ouvert (Vco) .......................................................................... 32 I.9.3 Rendement énergétique ...................................................................................... 33 I.9.4 Facteur de forme ................................................................................................. 33 I.10 Module photovoltaïque ............................................................................................ 33 I.11 Panneau solaire ........................................................................................................ 35 I.12 Avantages et inconvénients de l’énergie photovoltaïque ....................................... 35 I.13 Conclusion ............................................................................................................... 36 CHAPITRE II : MODELISATION D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE ............... 37 II.1 Introduction .............................................................................................................. 38 II.2 Modélisation d'une cellule photovoltaïque............................................................... 38 II.2.1 Modèle de cellule .............................................................................................. 38 II.2.2 Panneau photovoltaïque .................................................................................... 41 II.3 Simulation du panneau photovoltaïque .................................................................... 42 II.3.1 Comparaison avec le module PB Solar 2150S .................................................. 44 II.3.2 Influence de l’éclairement et la température sur les courbes I=f(V) et P=f(V) 44 II.4 Généralités sur l’hacheur .......................................................................................... 48 II.4.1 Exigences de l’utilisateur .................................................................................. 49 13 II.4.2 Les types d’hacheur ........................................................................................... 50 II.5 Choix du convertisseur DC-DC ............................................................................... 55 II.6 Détermination des paramètres du hacheur Boost ..................................................... 55 II.7 Simulation de convertisseur boost ........................................................................... 59 II.9 Simulation du système (panneau+hacheur) ............................................................. 60 II.10 Conclusion .............................................................................................................. 65 CHAPITRE III : COMMANDE MPPT DE SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE 66 III.1 Introduction ............................................................................................................ 67 III.2 Suivi de la uploads/Geographie/ ms-eln-zenakhi.pdf