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SOYEZ LES BIENVENUS REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE D

SOYEZ LES BIENVENUS REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR & DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MENTOURI DE CONSTANTINE FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT D'ELECTROTECHNIQUE Modélisation et Simulation d’une Centrale Solaire Photovoltaïque sous MATLAB/SIMULINK Modélisation et Simulation d’une Centrale Solaire Photovoltaïque sous MATLAB/SIMULINK Exposé du Mémoire du Projet de Fin d’Etudes Exposé du Mémoire du Projet de Fin d’Etudes Présenté par: Melle Khadîdja BOUDRAA & Melle Sihem ARDJOUN Présenté par: Melle Khadîdja BOUDRAA & Melle Sihem ARDJOUN Encadré par: Dr. Hind DJEGHLOUD Thème Plan de l’exposé Plan de l’exposé Introduction Conclusion L’Energie Solaire Photovoltaïque Modélisation et Simulation d’un Système Photovoltaïque Adapté par une Commande MPPT Chaine de Conversion Photovoltaïque 1 2 3 INTRODUCTION Pétrole Charbon Production d’énergie Émissions de gaz à effet de serre Éolienne Énergies Renouvelables Solaire Hydro- électrique Biomasse Gaz Naturel Conclusion L’Energie Solaire Photovoltaïque 1 Modélisation et Simulation d’un Système Photovoltaïque Adapté par une Commande MPPT 2 Chaine de Conversion Photovoltaïque 3 1.1 Photo d’une cellule PV L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 Jonction PN Semi- conducteur Dopé N Semi- conducteur Dopé P -2-3 1 Grille V I -2-3 1 Photo d’une Cellule PV L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 1.2 Modèle Électrique d’une Cellule PV L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 -2-3 1 I(V) I(V) Icc Icc Vc o Vc o P(V) P(V) V m V m Im Im P m P m M M a b c P ,I V 1.3. Caractéristique Électrique L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 -2-3 1 1.4. Association des Cellules Association Série Association Parallèle Module PV = Σ Cellules Champ PV = Σ Modules GPV L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 -2-3 1 Conclusion Conclusion Cette partie introduit la production de l’énergie électrique à partir des GPV. Nous nous sommes intéressés au principe de fonctionnement d’une cellule PV ainsi qu’à l’étude de son schéma équivalent. Puis, nous avons considéré les différents paramètres du circuit équivalent qui permettent de tracer la caractéristique I(V) d’une cellule. Nous avons remarqué que les performances d’un GPV sont fortement influencées par les conditions météorologiques (température, l’éclairement), ainsi par des paramètres interne résistance série et parallèle. L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1 -2-3 1 2.1. Modélisation d’un Générateur Solaire Photovoltaïque GPV 1- -3 2 MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE ADAPTÉ PAR UNE COMMANDE MPPT 2 Début Début Choix de variation de Va Choix de variation de Va G,TaC G,TaC A, Ns, Eg,Vco(Trk), Icc(Trk), a A, Ns, Eg,Vco(Trk), Icc(Trk), a Détermination des courants Iph,Icc Détermination des courants Iph,Icc Vt(Trk) Vt(Trk) b,c b,c Is(Trk), Is Is(Trk), Is Rs Rs 1- -3 2 Vc , Ia , Pa Vc , Ia , Pa Choix Choix Tracer la Caractéristique Ia(Va) Tracer la Caractéristique Ia(Va) Tracer la Caractéristique Pa(Va) Tracer la Caractéristique Pa(Va) Fin Fin 1- -3 2 1- -3 2 2.2. Modélisation du panneau SPR -315 E Paramètres du panneau SPR 315 E dans S.T.C • Spectre AM 1.5 • Eclairement de 1000 W/m² • Température ambiante de 25°C Paramètres MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE ADAPTÉ PAR UNE COMMANDE MPPT 2 Puissance Nominale Pnom 315 W Tension à puissance maximale Vpm 54.7 V Courant à puissance maximale Ipm 5.76 A Tension en circuit ouvert Vco 64.6 V Courant de court-circuit Icc 6.14 A Coefficient de température (Icc) a 3.5 mA/k Résultats de Simulation I(V) P(V) Influence des Différents Paramètres Influence de l’éclairement Influence de la température MPPT Maximum Power Point Tracker 1- -3 2 MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE ADAPTÉ PAR UNE COMMANDE MPPT 2 2.3. Fonctionnement Optimal d’un GPV 1- -3 2 MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE ADAPTÉ PAR UNE COMMANDE MPPT 2 Algorithmes MPPT MPPT Rendement Avantages Inconvénients P&O (perturb and observe) 81.5%-96.5% -une structure simple. -implémentation facile. -peu de paramètres de mesure. -temps de réponse rapide. - présente des oscillations autour du MPP. -perte occasionnelle de la recherche du MPP lors du changement rapide des conditions climatiques. IncCond (Increment Conductance) 89.9%-98.2% - il n’y a pas de pertes par rapport au MPP. - ne présente pas de risques de divergence par rapport au MPP. -le temps d’exécution de l’algorithme est plus long car il est plus complexe. Hill Climbing 95.5%-99.1% -simple à mettre en œuvre. - des oscillations autour du MPP en régime établi. -perte occasionnelle de la recherche du MPP lors du changement rapide des conditions climatiques. 1- -3 2 MODÉLISATION ET SIMULATION D’UN SYSTÈME PHOTOVOLTAÏQUE ADAPTÉ PAR UNE COMMANDE MPPT 2 Algorithme P&O P V Région α Région α Région β Région β Pm Pm 1- -3 2 Début Début Vs Is Vn Pn Vs Is Vn Pn Vn = Vs(k) Vn = Vs(k) Pn = Ps(k) Pn = Ps(k) Pn>Pb Pn>Pb Pb = Ps(k - 1) Pb = Ps(k - 1) Oui P V Région α Région α Région β Région β Pm Pm Pn Pn Pb Pb Vn Vn Vb Vb Vbb=Vb Vbb=Vb Vb=Vn Vb=Vn Pb=Pn Pb=Pn Vsref Vsref Début Début Vs Is Vn Pn Vs Is Vn Pn Pn>Pb Pn>Pb Oui Pn=Pb Pn=Pb Vn>Vb b Vn>Vb b Oui P V Région α Région α Région β Région β Pm Pm Pn Pn Pb Pb Vn Vn Vb Vb Vbb Vbb Vbb=Vb Vbb=Vb Vb=Vn Vb=Vn Pb=Pn Pb=Pn Vsref Vsref Début Début Vs Is Vn Pn Vs Is Vn Pn Pn>Pb Pn>Pb Oui Pn=Pb Pn=Pb Non Vn>Vbb Vn>Vbb Oui Vsref= Vsref+ΔV Vsref= Vsref+ΔV Oui Non P V Région α Région α Région β Région β Pm Pm Vn Vn Vbb Vbb Vbb=Vb Vbb=Vb Vb=Vn Vb=Vn Pb=Pn Pb=Pn Vsref Vsref Début Début Vs Is Vn Pn Vs Is Vn Pn Pn>Pb Pn>Pb Oui Pn=Pb Pn=Pb Non Vn>V b Vn>V b Oui Vsref= Vsref+ΔV Vsref= Vsref+ΔV Oui Non Vsref= Vsre - ΔV Vsref= Vsre - ΔV Vn>V b Vn>V b Vsref= Vsref+ΔV Vsref= Vsref+ΔV Oui Non Vsref= Vsre - ΔV Vsref= Vsre - ΔV Vn>Vb Vn>Vb Vsref= Vsre - ΔV Vsref= Vsre - ΔV Pn=Pb Pn=Pb Oui Non Application au Module SUNPOWER SPR 315 E Vs(i) [V], i = 1:66 Vs(54) = 53V Vs(55) = 54V Vs(56) = 55V Vs [V] 53.7 54.7 54.3 Ps [W] 313.51 315.05 314.84 1- -3 2 MODÈLE SIMULINK MATLAB-Function Conclusion Conclusion Ces deux parties introduisent la production de l’énergie électrique à partir des GPV. Nous nous sommes intéressés au principe de fonctionnement d’une cellule PV ainsi qu’à l’étude de son schéma équivalent. Puis, nous avons considéré les différents paramètres du circuit équivalent qui permettent de tracer la caractéristique I(V) d’une cellule. Nous avons remarqué que les performances d’un GPV sont fortement influencées par les conditions météorologiques (température, l’éclairement), ainsi par des paramètres interne résistance série et parallèle. Ensuite, le principe de recherche de point de puissance maximale (MPP) a été abordé. On a étudié différents algorithmes MPPT par un tableau comparatif qui nous a permis de fixer notre choix sur l’algorithme P&O (Perturb and Observe). En effet, cette technique est très simple (elle consiste à comparer la tension du anneau (VPV) avec une tension de référence qui correspond à la tension optimale). Ainsi, nous avons établi un programme MATLAB, puis une fonction MATLAB qui nous a permis d’appliquer cet algorithme sur le module PV considéré plus haut et de l’implanter dans un modèle SIMULINK. Nous signalons ici que les programmes établis sont flexibles et peuvent être appliqués à n’importe quel type de module PV. Ensuite, le principe de recherche de point de puissance maximale (MPP) a été abordé. On a étudié différents algorithmes MPPT par un tableau comparatif qui nous a permis de fixer notre choix sur l’algorithme P&O (Perturb and Observe). En effet, cette technique est très simple (elle consiste à comparer la tension du anneau (VPV) avec une tension de référence qui correspond à la tension optimale). Ainsi, nous avons établi un programme MATLAB, puis une fonction MATLAB qui nous a permis d’appliquer cet algorithme sur le module PV considéré plus haut et de l’implanter dans un modèle SIMULINK. Nous signalons ici que les programmes établis sont flexibles et peuvent être appliqués à n’importe quel type de module PV. Conclusion Conclusion 1-2- 3 CHAINE DE CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE 3 Chapitre III Chaine de Conversion Photovoltaïque Système PV PV Hacheur Onduleur 1-2- 3 Chapitre III Chaine de Conversion Photovoltaïque Hacheur 1-2- 3 Association Générateur PV et Hacheur Boost Circuit de puissance Circuit de puissance 1-2- 3 Chapitre III Chaine de Conversion Photovoltaïque Circuit de commande Régulage de la tension de sortie du hacheur Vdc Génération des impulsions Technique MLI intersective Technique MLI intersective 1-2- 3 Résultats de simulation sous Simulink Paramètres de simulation Paramètres Valeurs numériqu es Circuit de puissance 328.2 V R 15.35 Ω C 460 µF L 0.08 mH Circuit de commande 900V 20.04 s Fréquence de commutati on 5 kHz Amplitude porteuse 15V 1-2- 3 Onduleur Circuit de puissance Circuit de puissance 1-2- 3 Circuit de commande bloc de boucle à verrouillage de phase (PLL) bloc de régulation des courants Bloc de génération des impulsion 1-2- 3 Résultats de simulation sous Simulink Paramètres de simulation Paramètre Valeur numérique Circuit de puissance Vdc 903.5 V Rf 1 Ω Cf 1000 µF Lf 4.4 mH rf 0.0004 Circuit de commande Uref 900V Kp 0.4 uploads/Ingenierie_Lourd/ exposer-an-1-07.pdf