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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 Université Kasdi Merbah–Ouargla Faculté des Sciences et Technologie et Sciences de la Matière Département de génie électrique PROJET DE FIN D’ETUDES En vue d’obtention du Diplôme de Master en Génie électrique Spécialité : Electrotechnique Industriel Présenté par : BENSACI Wafa Thème Présenté devant le jury composé de : Nom et Prénom Grade Qualité Université Mr MAA . A. Djafour Président UKMO Mr MAA . M. L. Louzene Examinateur UKMO Mr MAA . A. Bouhafs Examinateur UKMO Mr MAA . A. Mehaouchi Rapporteur UKMO Année universitaire : 2011/2012 Modélisation et simulation d’un système photovoltaïque adapté par une commande MPPT REMERCEMENT Je remercie en premier lieu Dieu qui m’a donné ce bien là et 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 Prof. A.MEHAOUCHI qui a proposé et a dirigé ce travail. Je remercie monsieur le président de jury, ainsi que les membres de jury d’avoir accepté de juger ce travail. Je tiens à remercier les responsables et tout le personnel du département de Génie Electrique de Ouargla pour les facilités qu’ils m’ont accordés pour terminer ce travail. Le travail de mémoire que j’ai effectué doit beaucoup à certaines personnes que je tiens à les remercier sincèrement. Enfin, je remercie tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à ma formation et à l’élaboration de ce modeste mémoire. Wafa bensaci Résumé ﺍﻟﻤﻠﺨﺺ ﻓﻲ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﻌﻤﻞ , ﻗﻤﻨﺎ ﺑﺘﺤﻠﻴﻞ ﺍﻟﺘﺼﻤﻴﻢ ﻭ ﻣﺤﺎﻛﺎﺓ ﺍﻻﺷﺘﻐﺎﻝ ﺍﻟﻜﻬﺮﺑﺎﺋﻲ ﻟﻠﻨﻈﺎﻡ ﺍﻟﻜﻬﺮﻭﺿﻮﺋﻲ ﻭﻓﻖ ﺍﻻﻟﻴﺔ ﺍﻟﺮﻗﻤﻴﺔ " ﺍﻻﺿﻄﺮﺍﺏ ﻭﺍﻟﻤﻼﺣﻈﺔ " ﻟﻈﻤﺎﻥ ﻣﺘﺎﺑﻌﺔ ﺍﻻﺳﺘﻄﺎﻋﺔ ﺍﻻﻋﻈﻤﻴﺔ ﺍﻟﻤﻔﺮﻏﺔ ﻋﻦ ﻁﺮﻳﻖ ﺍﻟﻤﻮﻟﺪ ﺍﻟﻜﻬﺮﻭﺿﻮﺋﻲ . ﻓﻲ ﻫﺬﺍ ﺍﻟﺘﺤﻠﻴﻞ ﻗﻤﻨﺎ ﺑﺎﺧﺬ ﺍﻟﻨﻈﺎﻡ ﺍﻟﻜﻬﺮﻭﺿﻮﺋﻲ ﺍﻭ ﺍﻟﻤﻮﻟﺪ ﺍﻝ ﻛﻬﺮﻭﺿﻮﺋﻲ ﺫﻭ ﺍﻝ ﻧﻒﺹ60 MSX ﺍﻟﻤﻨﺘﺞ ﻓﻲ ﺍﻟﺸﺮﻭﻁ ﺍﻟﻨﻈﺎﻣﻴﺔ ﻝ ﻟﺘﺠﺮﺑﺔ , ﺍﺳﺘﻄﺎﻋﺔ ﺍﻋﻼﻩ ﺍ 60 ﻭﺍﻁ ، ﻭ ﺗﻴﺎﺭ ﺫﺭﻗﻴﻤﺘﻪ 3.5 ﺍﻣﺒﻴﺮﺏ ﺟﻬﺪ 17.1 ﻓﻮﻟﻂ . ﻧﺘﺎﺋﺞ ﺍﻟﻤﺤﺎﻛﺎﺓ ﺍﻟﻤﺘﺤﺼﻞ ﻋﻠﻴﻬﺎ ﺗﻤﺖ ﺑﻮﺍﺳﻄﺔ Matlab/Simulink ﺍﻟﺬﻱ ﺩﻝ ﻋﻠﻲ ﺍﻟﻤﺮﺍﻗﺒﺔ ﻓﻲ ﺍﻟﺴﻴﺮ ﺍﻟﺪﻳﻨﺎﻣﻴﻜﻲ ﻝ ﻟﻨﻈﺎﻡ ﺍﻟﻜﻬﺮﻭﺿﻮﺋﻲ . ﺍﻟﻜﻠﻤﺎﺕ ﺍﻟﻤﻒ ﺗﺎﺣﻴﺔ : ﻧﻈﺎﻡ ﺍﻟﻚ ﻫﺮﻭﺿﻮﺋﻲ , ﺍﻟﻤﺤﻮﻝ ﺍﻟﺮﺍﻓﻊ , ﺁﻟﻴﺔ ﺍﻟﺘﺤﻜﻢ MPPT ,ﺍﻟﺘﺼﻤﻴﻢ , ﺍﻟﻤﺤﺎﻛﺎﺓ . Résumé Dans ce travail, on a analysé la modélisation et la simulation du fonctionnement électrique d’un système photovoltaïque (PV) adapté par une commande numérique « perturbation et observation » assurant la poursuite de la puissance maximale fournie par le générateur PV. Dans notre analyse, on a conçu un système PV où le générateur PV est le module MSX60 produisant, dans les conditions standards de test (CST), une puissance crête de 60W, un courant optimal de 3.5 A et une tension optimale de 17.1V. Les résultats de simulation obtenus sous Matlab/Simulink montrent la performance du contrôle dans le comportement dynamique des systèmes photovoltaïques. Mots clés: Système PV – Convertisseur survolteur - Commande MPPT –Modélisation – Simulation. Abstract n this work, we analyze the modelisation and the simulation of the electric operation of a photovoltaic (PV) system adapted by an numerical control « perturbation and observation » ensuring the tracking of the maximum power provided by the PV generator. In our analysis, we conceived a PV system where the PV generator is the panel MSX60, this panel gives under the test standard conditions (CST), a power peak of 60W, an optimal current of 3.5A and an optimal voltage of 17.1V. The simulation results under Matlab/Simulink show the control performance and dynamic behaviour of photovoltaic system. Keywords : PVsysteme, Boost converter, MPPT command, Modelisation, Simulation Liste des symboles h : Constante de Planck (6.62.10-34 j.s). Eg : Energie de la bande interdite (eV). S : Surface du module photovoltaïque (m2 E : Eclairement (W/m2). ). Iph : Le photo-courant (A). Isat Rp : Résistances parallèle shunt. (Ω) : Courant de saturation (A). RS : Résistance série (Ω). Tc : Température de jonction (°K). G : L’éclairement de référence (1000 W/m2). Tref α : Le coefficient de courant en fonction de température (A/°C). : La température de référence (298 °K). Icc : Le courant de court-circuit (A). Vco : La tension de circuit ouvert (V). FF : Facteur de forme. Ns : Nombre de modules dans le panneau en série. Np : Nombre de modules dans le panneau en parallèle. Pmax : La puissance maximale produite PV (W). Vmax : Tension qui correspond à la puissance maximale (V). Imax: Courant qui correspond à la puissance maximale (A). Vopt : Tension optimale (V). Iopt : Courant optimum (A). Vco : Tension à circuit ouvert (V). Icc : Courant de court-circuit (A) K : coefficient de Boltzman (1.38.10-23 J / K) Tamb : Température ambiante (C°) Tc : Température de la cellule (C°) Abréviation utilisée PV: Photovoltaïque. GPV: Générateur Photovoltaïque. FF: Facteur de forme. MPPT: Maximum Power Point Tracking. P&O: Perturbation et Observation. DC: Courant Continu (Direct Current). AC: Courant Alternatif (Alternative Current). Sommaire Introduction générale 01 Chapitre I : Généralité sue le système photovoltaïque I-1 .Introduction 03 I.2. L’effet photovoltaïque 03 I.3. La cellule photovoltaïque 04 I.3.1. Caractéristiques électriques d’une cellule photovoltaïque 05 I.3.2. Paramètres d’une cellule photovoltaïque 06 I.3.2.1. Courant de court-circuit (Icc) 07 I.3.2.2. Tension de circuit-ouvert (Vco) 07 I.3.2.3. Rendement énergitique 07 I.3.2.4. Facteur de forme 07 I.4. Générateur photovoltaïque et ses performances 08 I.4.1. Caractéristique Courant-Tension 08 I.4.2. Influence de l’éclairement et la température sur les courbes I=f(V) et P=f(V) 09 I.4.3. Influence de l’association série des cellules PV 11 I.4.4. Influence de l’association parallèle des cellules PV 13 I.4.6. Influence de l’association mixte (Série + Parallèle) des cellules PV 13 I.6. Conclusion 14 Sommaire Chapitre II : Les convertisseurs (DC/DC) et la commande MPPT II.1. Introduction 16 II.2. Les convertisseurs DC-DC (hacheurs) 17 II.2.1. Hacheur dévolteur 19 II.2.2. Hacheur survolteur 21 II.2.3. Hacheur dévolteur-survolteur 22 II.3. Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC 24 II.3.1. Algorithme d’incrémentation de l’inductance 25 II.3.2. Méthode de perturbation et d'observation (P&O) 26 II.4. Conclusion 28 Chapitre III : Modélisation et simulation d’un système photovoltaïque III.1.Introduction 29 III.2 L’outil Matlab /Simulink 29 III.3 Système photovoltaïque proposée 30 III.4.Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque 31 III.4.1 Modélisation du GPV 31 III.4.2 Simulation du générateur PV 35 III.5 Modélisation et simulation du hacheur survolteur 41 III.5.1 Modélisation de hacheur survolteur 41 III.5.2 Simulation de hacheur survolteur 43 Sommaire III.6 Structure et simulation de la commande MPPT numérique « P&O » 46 III.6.1. structure de la commande « perturbation et observation » 46 III.6.2. Simulation de la méthode MPPT 48 III.7. La Charge 48 III.8. Système globale (GPV, convertisseur, MPPT, charge) 49 III.9. Conclusion Conclusion générale Bibliographie 53 54 56 List de figure Figure Titre Page Figure (I.1) : Représentation schématique d'une cellule solaire 05 Figure (I.2) : Schéma équivalent électrique de la cellule PV 06 Figure (I.3) : Caractéristique I =f (V) d’un module photovoltaïque 09 Figure (I.4) : L’influence de l’éclairement sur la caractéristique I=f(V) 10 Figure (I.5) : L’influence de l’éclairement sur la caractéristique P=f(V) 10 Figure (I.6) : L’influence de la température sur la caractéristique I=f(V) 11 Figure (I.7) : L’influence de la température sur la caractéristique P=f(V) 11 Figure (I.8) : Association de N modules solaires en série 12 Figure (I.9) : Caractéristique de nombre des modules en série 13 Figure (I.10) : Association de Np modules solaires en parallèle 13 Figure (I.11) : Caractéristique de nombre des modules en parallèles 14 Figure (I.12) : Association mixte Nsx Np modules solaires 14 Figure (I.13) : Caractéristique de nombre des modules en série et parallèle 15 Figure (II.1) : Schéma de principe d'un type d’alimentation à découpage 17 Figure (II.2) : Schéma d’un quadripôle électrique 18 Figure (II.3) : périodes fermeture et ouverture d’un commutateur 19 Figure (II.4) : Schéma de principe d’un convertisseur dévolteur 19 Figure (II.5) : Schémas équivalents du hacheur dévolteur 20 List de figure Figure (II.6) : Schéma de principe d’un convertisseur Boost 21 Figure (II.7) : Schémas équivalents du hacheur survolteur 21 Figure (II.8) : Convertisseur dévolteur-survolteur 22 Figure (II.9) : Schémas équivalents du hacheur dévolteur-survolteur 23 Figure (II.10) : Schéma synoptique d’un système photovoltaïque avec MPPT 24 Figure (II.11) : Signe de dV dP pour différentes zones de fonctionnement 26 Figure (II.12) : Organigramme de la méthode de perturbation et d'observation 27 Figure (III.1) : Navigateurs de la bibliothèque simulink 30 Figure (III.2) : schéma synoptique d’un système photovoltaïque avec convertisseur (DC/DC) contrôlé par (MPPT) sur charge (DC) 31 Figure (III.3) : circuit électrique équivalent de PV 32 Figure (III.4) : Schéma bloc du générateur photovoltaïque 32 Figure (III.5) : Schéma de générateur PV en MATLAB-SIMULINK 35 Figure (III.6) : Résultats de simulation des caractéristiques Courant- Tension en fonction de (tempurature et l’Eclairement ) 36 Figure (III.7) : Résultats de simulation des caractéristiques Puissance- Tension en fonction de (Température et l’Eclairement) 37 Figure (III.8) : Résultats de simulation des caractéristiques Courant- Tension en fonction de l’éclairement pour la tempurature T=25°C 37 Figure (III.9) : Résultats de simulation des caractéristiques Puissance- Tension en fonction de l’éclairement pour la tempurature T=25°C 38 Figure (III.10) : Résultats de simulation des caractéristiques Tension 39 List de figure optimale-Eclairement uploads/Geographie/bensaci-wafa-pdf.pdf