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Revue des Energies Renouvelables Vol. 16 N°3 (2013) 485 – 498 485 Poursuite du

Revue des Energies Renouvelables Vol. 16 N°3 (2013) 485 – 498 485 Poursuite du point de puissance maximale d’un système photovoltaïque par les méthodes de l’incrémentation de conductance et la perturbation & observation N. Aouchiche 1*, M.S. Aït Cheikh 2 et A. Malek 1 1 Division Energie Solaire Photovoltaïque Centre de Développement des Energies Renouvelables, CDER B.P. 62, Route de l’Observatoire, Bouzaréah, 16340, Algiers, Algeria 2 Département d’Electronique, Ecole Nationale Polytechnique Avenue Hassen Badi, El Harrach, Algiers, Algeria (reçu le 10 Mai 2013 – accepté le 30 Septembre 2013) Résumé - Ce travail a pour but d’étudier le comportement des composants de la chaîne photovoltaïque. Le type de convertisseur, utilisé dans le système, est un hacheur élévateur. Les méthodes de poursuite du point de puissance maximale ‘MPPT’ sélectionnées pour la simulation, sont l’incrémentation de la conductance et la méthode perturbation et observation ‘P&O’. Une partie de ce travail consiste à effectuer une étude théorique des composants constituant le système photovoltaïque global à savoir: le module photovoltaïque, le hacheur, et le régulateur MPPT. La seconde étape est consacrée à la simulation du système photovoltaïque, sous différentes conditions atmosphériques. Abstract - This work aims to study the behavior of the component elements photovoltaic chain. The type of converter used in the system is a lift chopper. The type of converter used in this photovoltaic system is a boost converter. The Methods for the pursuit of point of maximum power ‘MPPT’, selected for the simulation are incrementing the conductance method ‘Inc-cond’ and perturbation and observation ‘P & O’ method. Part of this work is to perform a theoretical study of the components comprising the overall PV system including: photovoltaic module, converter, and the MPPT controller. The second step is devoted to the simulation of photovoltaic system under different atmospheric conditions. Mots clés: Modules photovoltaïques – MPPT - Convertisseur élévateur - P&O - Inc- Cond. 1. INTRODUCTION La consommation mondiale en matière d’énergie est assurée essentiellement par les énergies non renouvelables. Du au fait que celles-ci sont épuisables, des stratégies énergétiques sont mises en œuvre, visant à augmenter l’efficacité des systèmes électriques, à éviter le gaspillage mais également à se tourner vers les énergies renouvelables (hydraulique, vent, solaire, houle, biomasse, géothermie, marée). De nombreux pays se sont lancés récemment dans des programmes de développement des générateurs éoliens et photovoltaïques. Ce travail a pour objectif de concevoir un banc d’essai photovoltaïque. Ce dernier est conçu principalement autour d’un convertisseur élévateur de tension statique DC/DC (Boost), qui relie le module photovoltaïque à la charge. La commande, de la recherche * Aouch2@yahoo.fr N. Aouchiche et al. 486 de point de puissance maximale choisie, maximise la puissance de sortie de ce générateur, pour différentes conditions de l’éclairement ou de la température. Dans une première étape, un rappel sur le système photovoltaïque au complet, ainsi que ses caractéristiques et son fonctionnement est présenté. Un aperçu précis sur les régulateurs et les convertisseurs est effectué. La seconde étape est consacrée à la description des méthodes de poursuite du point de puissance maximale, choisies pour la simulation. Ensuite, des résultats de simulations sont présentés, effectuées avec le logiciel Matlab®/Simulink, avec les méthodes choisis, l’Incrémentation de la Conductance ‘Inc-Cond’, et la méthode Perturbe & Observe, ‘P & O’. 2. LA CHAINE DE CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE 2.1 Générateur photovoltaïque C’est un dispositif qui permet de convertir l’énergie solaire en une énergie électricité. Il est constitué d’un certain nombre de panneaux, selon la puissance crête souhaitée; ces derniers sont formés à partir des modules reliés entre eux en série et/ou en parallèle. Le module est un ensemble de cellules photovoltaïques. 2.1.1 Circuit équivalent de la cellule photovoltaïque La figure 1 montre un modèle électrique de la cellule photovoltaïque prenant en compte les différents facteurs limitatifs. On y retrouve le générateur de courant ph I , correspondant au courant photo généré, ainsi que des résistances complémentaires, s R et p R , et deux diodes 1 D et 2 D . c R est la résistance de charge. La résistance série s R est due à la résistivité des différentes couches de la cellule: émetteur, base et contacts métalliques (en particulier leur interface avec le semi-conducteur). [1, 2] Fig. 1: Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque Ce terme doit, idéalement, être le plus faible possible pour limiter son influence sur le courant de la cellule. La résistance parallèle ou de court-circuit p R traduit quant à elle, la présence d’un courant de fuite à travers l’émetteur. Elle peut aussi être due à un court-circuit sur les bords de la cellule. Cette valeur devra être la plus élevée possible. Nous avons également tenu compte d’un modèle plus rigoureux au niveau des différents courants en faisant appel à deux diodes. Le terme 2 s I correspond au courant de diffusion avec: [2, 3] p j 2 D 1 D ph R V I I I ) V ( I     (1) p j j 2 2 s j 1 1 s ph R V ] 1 ) V n ( exp [ I ] 1 ) V n ( exp [ I I ) V ( I       (2) s j R I V V    (3) Poursuite du point de puissance maximale d’un système photovoltaïque par les… 487 1 D I et 2 D I sont les courants de saturation des diodes, 1 n et 2 n les facteurs de pureté de la diode, s R et p R respectivement la résistance série et la résistance parallèle et T la température absolue. L’équation contient également la charge élémentaire constante q (1.602 × 10-19 C) et la constante de Boltzmann k (1.380×10-23 J/K). Le photo-courant max . ph I est atteint à une insolation maximum, souvent nous avons ( ph I = S × max . ph I ) avec S , le pourcentage d’insolation. Il est évident, de l’équation (2), que la caractéristique courant- tension dépend fortement de l’insolation et de la température. La dépendance, vis-à-vis de la température, est encore amplifiée par les propriétés du photo-courant ph I et les courants de saturation inverse des diodes qui sont donnés par:   ) 10 5 ( ) 298 T ( 1 I ) T ( I 4 ) K 298 T ( ph ph        (4) 2.1.2 Circuit équivalent et modèle mathématique d’un module photovoltaïque Le modèle mathématique, qui caractérise le module photovoltaïque, est donné par l’équation suivante: [2, 3] p s s s T . k . n . N ) R . N . I V ( q 2 d T . k . n . N ) R . N . I V ( q 1 d ph R N R . N . I V 1 e I 1 e I I I 2 s s s 1 s s s                               (5) 2.1.3 Influence de l’ensoleillement et de la température Le courant produit par la cellule ph I est pratiquement proportionnel à l’éclairement solaire E. Par contre, la tension V aux bornes de la jonction varie peu, car elle est fonction de la différence de potentiel à la jonction N-P du matériau lui-même. La tension de circuit ouvert ne diminuera que légèrement avec l’éclairement. Il en résulte que [4, 5], - la puissance optimale de la cellule ( M P ) est pratiquement proportionnelle à l’éclairement et - les points de puissance maximale se situent à peu près à la même tension. 2.1.3.1 Influence de l’ensoleillement sur les courbes ) V ( P et ) V ( I Fig. 2: Influence de l’ensoleillement E sur la courbe ) V ( f I  et ) V ( f P  N. Aouchiche et al. 488 2.1.3.2 Influence de la température sur les courbes ) V ( P et ) V ( I Fig. 3: Influence de la température sur la courbe ) V ( f I  et ) V ( f P  2.2 Régulateurs Un régulateur de charge, qu’il soit de conception simple ou compliqué, constitue toujours le cœur d’une installation photovoltaïque et doit assurer la fiabilité et la performance. Le régulateur de charge assure donc deux fonctions principales: - La protection des batteries contre les surcharges et les décharges profondes. - L’optimisation d’un transfert d’énergie du générateur photovoltaïque à l’utilisation. Le régulateur accomplit les fonctions suivantes: le contrôle de la charge, le contrôle de la décharge, l’égalisation, la compensation thermique. Les régulateurs de charge peuvent se caractériser en groupes suivants: régulateur série, régulateur shunt, régulateur PWM, régulateur MPPT. [6] 2.3 Convertisseur DC/DC Le convertisseur DC/DC transforme la tension de la batterie ou du module en une tension DC différente pour alimenter la charge. Il permet le contrôle de la puissance électrique dans des circuits fonctionnant en courant continu avec une très grande souplesse uploads/Management/ art16-3-6-pv.pdf