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Université Hassan II de Casablanca Ecole Supérieure de Technologie Département

Université Hassan II de Casablanca Ecole Supérieure de Technologie Département Génie Electrique Rapport de Projet de Fin d’Etudes Filière : Génie Electrique Option : Electrotechnique et Electricité Industrielle Intitulé : Conception et réalisation d'un onduleur pour une pompe photovoltaïque Réalisé par : - OUARRAK Achraf - KADIRI Mouad - EL KARMY Ayyoub Encadré par : Mr O.Sabri Année Universitaire 2019-2020 2 REMERCIEMENTS C’est avec un grand plaisir que nous réservons ces lignes de gage d’obligeance et de gratitude à tous ceux qui ont contribué à l’élaboration et la réussite de ce projet. Nos plus sincères remerciements vont vers Mr. O.SABRI pour son encadrement permanent, son assistance, son orientation et soutien et également tous les membres du jury d’être présents et d’avoir accepté d’évaluer la pertinence de notre travail. Nous adressons également notre gratitude à nos professeurs qui nous ont incités à travailler leur expérience et leurs compétences. Nos sincères remerciements s’adressent à toute l’équipe pédagogique de l’Ecole Supérieure de Technologie de Casablanca ainsi qu’à tous les intervenants Professionnels responsables de la formation Génie électrique. 3 DEDICACE On dédie ce modeste travail : A nos chers parents : Pour les sacrifices matériaux et moraux qu’ils ont Consacré pour notre éducation et nos études. A tous les membres de nos familles : on vous souhaite plein de succès et De bonheur dans votre vie. A nos formateurs : Veuillez trouver dans ce travail l’expression de nos Profondes reconnaissances et notre grande estime. Aussi à tous nos camarades pour les moments forts et agréables que nous Avons passés ensemble. 4 SOMMAIRE REMERCIEMENTS ................................................................................................................................. 2 DEDICACE ............................................................................................................................................. 3 SOMMAIRE ........................................................................................................................................... 4 LISTE DE FIGURES ................................................................................................................................. 6 LISTE DES SYMBOLES ET DES ABREVIATIONS ...................................................................................... 7 INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................................. 8 ANALYSE FONCTIONNELLE ................................................................................................................... 9 I. Le but de l’analyse fonctionnelle :.......................................................................................................... 9 II. Diagramme bête-à-cornes ...................................................................................................................... 9 III. Diagramme SADT : ................................................................................................................................ 10 LE PREMIER CHAPITRE : ...................................................................................................................... 11 "Contraintes énergétiques et climatiques : perspectives Énergétiques en électricité" I. Introduction : ........................................................................................................................................ 11 II. Énergies renouvelables : ...................................................................................................................... 11 II.1 Généralités : ................................................................................................................................. 11 II.2 Energies renouvelables, une priorité en Maroc : ....................................................................... 12 III. Généralités sur les générateurs photovoltaïques : .............................................................................. 12 III.1 Générateur photovoltaïque : ......................................................................................................... 13 III.2 Cellule photovoltaïque : ................................................................................................................. 13 III.3 Module photovoltaïque : ............................................................................................................... 14 III.4 Panneaux solaires : ......................................................................................................................... 14 III.5 Caractéristiques électriques d’un panneau PV : ............................................................................ 15 IV. Conclusion : .......................................................................................................................................... 16 LE DEUXIEME CHAPITRE ..................................................................................................................... 17 "Matériels et Méthodes" I. Introduction : ........................................................................................................................................ 17 II. Matériels .............................................................................................................................................. 17 III. Matériels : Régulateur de charge, usage et définition ......................................................................... 18 IV. Matériels : Convertisseurs d’électronique de puissance pour systèmes PV ........................................ 19 IV.1 Introduction : ............................................................................................................................... 19 IV.2 Matériel : Convertisseur DC-DC (Hacheur) : ................................................................................ 19 IV.3 Matériels : Convertisseurs DC/AC (Onduleurs monophasés) avec U/f - est constant................. 20 V. Matériels et Méthodes : Système de pompage ................................................................................... 22 5 V.1 Les avantages d’un système solaire de pompage : ......................................................................... 22 V.2 Les applications : ............................................................................................................................. 22 V.3 La pompe immergée : ..................................................................................................................... 22 VI. Conclusion ............................................................................................................................................ 23 LE TROISIEME CHAPITRE .................................................................................................................... 24 "Choix de la carte ARDUINO UNO" I. Introduction : ........................................................................................................................................ 24 II. Historique du projet Arduino : ............................................................................................................. 24 III. Définition de l’Arduino : ....................................................................................................................... 25 IV. Les raisons de choisir Arduino : ............................................................................................................ 25 V. Les différentes cartes Arduino : ........................................................................................................... 26 VI. La carte Arduino UNO: ......................................................................................................................... 27 VII. Caractéristiques de la carte Arduino UNO : ......................................................................................... 28 VIII. Brochage de la carte UNO : .................................................................................................................. 28 IX. Logiciel Arduino : .................................................................................................................................. 28 LE QUATRIEME CHAPITRE .................................................................................................................. 30 "La conception et la simulation de l’onduleur monophasé" I. Introduction : Objectifs et méthodes de simulation : .......................................................................... 30 II. Onduleur : ............................................................................................................................................. 31 II.1 Partie puissance : ........................................................................................................................... 31 II.2 Partie commande : ......................................................................................................................... 32 II.3 Simulations sur PROTUS ISIS : ........................................................................................................ 32 II.4 Schémas ARES : .............................................................................................................................. 35 II.5 Les circuits en 3D : ........................................................................................................................... 37 CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................... 38 WEBOGRAPHIE ................................................................................................................................... 39 ANNEXES ............................................................................................................................................. 40 6 LISTE DE FIGURES Figure 1: Diagramme bête à corne.......................................................................................................9 Figure 2: diagramme SADT...............................................................................................................10 Figure 3 : Sources des énergies renouvelables...................................................................................11 Figure 4: Développement de la capacité photovoltaïque mondiale (GW).........................................13 Figure 5: Principe de fonctionnement d’un GPV...............................................................................13 Figure 6: Schéma descriptif d’une cellule photovoltaïque (vue de face) ...........................................14 Figure 7: Module photovoltaïque.......................................................................................................14 Figure 8: Panneau solaire...................................................................................................................15 Figure 9 : Caractéristiques I(U) .........................................................................................................15 Figure 10: Caractéristiques P(U) et I(U) ............................................................................................16 Figure 11: Schéma d’un Système de pompage photovoltaïque..........................................................17 Figure 12 : Représentation Schématique du système photovoltaïque................................................18 Figure 13: Connexion d’un régulateur................................................................................................18 Figure 14: Schéma synoptique du Convertisseur DC-DC..................................................................20 Figure 15: Chaîne de conversion photovoltaïque avec convertisseur (DC-DC). ...............................20 Figure 16 : Courbes d'ondes de sortie d'un onduleur de pompage......................................................21 Figure 17: Pompe immergée pour puits.............................................................................................23 Figure 18: Carte Arduino "UNO" sur laquelle nous allons travailler.................................................26 Figure 19: carte Arduino "MEGA".....................................................................................................27 Figure 20: Description de la carte Arduino « UNO ».........................................................................27 Figure 21: Brochage de la carte Arduino UNO..................................................................................28 Figure 22: présentation des éléments de l'ARDUINO software.........................................................29 Figure 23: Schéma synoptique de l’onduleur avec transformateur dans un système photovoltaïque.....31 Figure 24: Schéma électrique de l’onduleur ......................................................................................31 Figure 25: Le sorite de l’ARDUINO après filtrage................ ............................................................32 Figure 26: Schéma de connexion Driver- MOSFETS ........................................................................32 Figure 27: Signal de sortie des drivers................................................................................................33 Figure 28: Partie puissance de l’onduleur................................................ ..........................................33 Figure 29: Schéma final de l’onduleur. ..............................................................................................34 Figure 30: Signal de sortie de l’onduleur ...........................................................................................35 Figure 31: Partie puissance de l’onduleur ARES...............................................................................35 Figure 32: Schéma de connexion Driver sur ARES...........................................................................36 Figure 33: Carte d’alimentation sur ARES ........................................................................................36 Figure 34: Circuits en 3D...................................................................................................................37 7 LISTE DES SYMBOLES ET DES ABREVIATIONS EnR → Energies nouvelles Renouvelables PV → Photovoltaïque GPV→ Génerateur photovoltaique AC→ Courant alternatif DC→ Courant continu MPPT → Maximum power point Tracking C → Condensateur L → Inductance R → Résistance U → Tension F → Fréquence MLI → Modulation de largeur d’impulsion MOSFET → Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor Vs → Tension de sortie Ve →Tension d’entré µc → Microcontrôleur I/O → (Input/Output) (Entré/sortie) 8 INTRODUCTION GENERALE Depuis la maîtrise du feu par les Hominidés il y a 300 000 ans, l’énergie et sa maîtrise ont toujours été un facteur-clé du développement des sociétés. Dans nos jours, la dépendance des énergies fossiles est d’autant plus significative. Ces énergies non renouvelables ont malheureusement un impact très violent sur notre environnement. L’objectif de ce travail est assurer une alimentation autonome en énergie électrique d’une pompe photovoltaïque. La pompe étant alimentées en courant alternatif, il est nécessaire de convertir le courant continu produit par le panneau photovoltaïque, en courant alternatif avec les mêmes caractéristiques (tension, fréquence, …) que le courant qui provient du réseau. Cette transformation est réalisée grâce à un dispositif appelé onduleur. Le manuscrit est organisé de la maniérée suivante : Le Premier Chapitre ouvre les volets sur l’énergie solaire comme une opportunité majeure dans la mise en œuvre de la production énergétique. Une étude de la source photovoltaïque, ses caractéristiques et les techniques de son utilisation. Le Second Chapitre intitulée matériels et méthodologies met l’accent sur les convertisseurs liés au système photovoltaïque et clarifie une classification des différentes topologies d’onduleurs pour systèmes photovoltaïques ainsi que les commandes qui lui sont associées. Le Troisième Chapitre est consacré pour la présentation de la carte Arduino. Le Quatrième Chapitre concerne la simulation de l’onduleur en présentant notre réalisation. 9 ANALYSE FONCTIONNELLE I. Le but de l’analyse fonctionnelle : Dans cette partie nous ferons l’analyse de la valeur, qui se compose d’un ensemble des méthodes d’analyse fonctionnelle. L’analyse fonctionnelle est une démarche qui consiste à rechercher et à caractériser les fonctions offertes par un produit pour satisfaire les besoins de son utilisateur. La démarche est généralement conduite en mode projet et peut être utilisé pour créer (conception) ou améliorer un produit. II. Diagramme bête-à-cornes Figure 1: Diagramme bête à corne L’utilisateur L’eau A qui rend-elle-service ? Sur quoi agit – il ? Système de pompage photovoltaïque Dans quel but ? Se fournir en eau potable 10 III. Diagramme SADT : Le diagramme SADT permet de montrer la fonction pour laquelle le système a été conçu et réalisé. Figure 2: diagramme SADT W : contrainte de commande en énergie, R : réglage, C : configuration, E : exploitation. Convertir le courant continu (DC) en courant alternatif (AC) Onduleur pour une pompe photovoltaïque Courant continu Courant alternatif W C R E 11 LE PREMIER CHAPITRE : Contraintes énergétiques et climatiques : perspectives Énergétiques en électricité I. Introduction : Dans ce chapitre, on va présenter des concepts de base sur les énergies renouvelables et en particulier l’énergie solaire photovoltaïque. II. Énergies renouvelables : II.1 Généralités : Une énergie est dite renouvelable quand, sur une centaine d’années, on n’en consomme pas plus que la nature n’en produit. Le caractère renouvelable ou non d’une source d’énergie dépend de la rapidité avec laquelle elle est utilisée. La source principale des énergies renouvelables facilement accessible est le soleil. En moyenne, le taux de rayonnement solaire intercepté par la surface de la terre est environ 8000 fois plus grand que la consommation d’énergie primaire Les EnR (Énergies Renouvelables) sont au nombre uploads/Geographie/ rapport-de-pfe-une-pompe-photovoltaique.pdf