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ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE MOHAMMED PREMIER ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLI

ROYAUME DU MAROC UNIVERSITE MOHAMMED PREMIER ECOLE NATIONALE DES SCIENCES APPLIQUEES OUJDA Rapport de Projet de Fin d’année Filière : Génie Electrique Option : Energétique et systèmes électriques Sous le thème : Soutenu le 10/07/2018 Par OUNASSAR Jawad & RACHIDI Yousra Encadré par : Pr. Abdelmalek EL MEHDI Devant le jury : Pr. Y.KHLIFI Pr. Abdelmalek EL MEHDI Pr. Salah Eddine .NAIMI Année universitaire : 2018-2019 Modélisation et simulation d’un système Photovoltaïque sous ombrage partiel avec Matlab/Simulink 2 3 Remerciement Ce n’est pas parce que la tradition l’exige ou par habitude que cette page est présente dans notre rapport de projet, mais parce que les personnes auxquelles s’adressent nos remerciements les méritent vraiment. Nous profitons donc de cette occasion pour exprimer nos remerciements les plus sincères à ceux qui nous ont aidés de près ou de loin à l’élaboration de ce travail. Nous tenons à adresser nos expressions de reconnaissance à notre encadrant Monsieur Abdelmalek EL MEHDI qui nous a accompagné et soutenu tout au long de ce projet, en n’épargnant ni son temps ni ses efforts pour nous guider. Nous tenons à remercier notre Chef de filière Monsieur Mohamed Larbi EL HAFYANI qui n’a ménagé ni son temps ni son énergie pour nous assurer une formation riche grâce à laquelle on a pu affronter les difficultés rencontrées lors de la réalisation de ce travail. Nos vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à notre recherche en acceptant d’examiner notre travail Et de l’enrichir par leurs propositions. Enfin, nous tenons également à remercier toutes les personnes qui ont participé de près ou de loin à la réalisation de ce travail. 4 RESUME Le présent travail consiste en une étude de simulation d’un générateur photovoltaïque, cette étude est basée sur l'optimisation lorsque le champ photovoltaïque est soumis à un ombrage partiel. Pour cela, l’algorithme d’optimisation par essaim de particules PSO « Particle Swarm Optimization » a été utilisé pour extraire la puissance maximale afin d'améliorer les performances et l'efficacité du générateur du point de vue puissance. La fiabilité et la faisabilité de la stratégie utilisée ont été vérifiées et approuvées en utilisant la simulation Simulink/MATLAB. Les résultats de simulation ont montré les bonnes performances de la stratégie adoptée surtout en termes de puissance et d´efficacité. Mots clés : générateur PV, l'algorithme PSO. 5 ABSTRACT This work consists of a simulation study of a photovoltaic generator, this study is based on optimization when the photovoltaic field is subjected to partial shading. To do this, the Particle Swarm Optimization (PSO) particle swarm optimization algorithm was used to extract the maximum power to improve the performance and efficiency of the generator from a power point of view. The reliability and feasibility of the strategy used was verified and approved using Simulink/MATLAB simulation. The simulation results showed the good performance of the strategy adopted, especially in terms of power and efficiency Keywords : PV generator, PSO algorithm. 6 ملخص تكون هذا العمل من دراسة محاكاة لمولد طاقة شمسية ، وتستند هذه الدراسة إلى التحسين عندما يتم تقديم الحقل الكهروضوئي إلى تظليل جزئي . للقيام بذلك ، تم استخدام خوارزمية تحسين سرب جسيمات الجسيمات( PSO ) لتحسين القدرة القصوى وكفاءة المولد من وجهة نظر القدرة. تم اختبار موثوقية وجدوى االستراتيجية من خالل محاكاةSimulink / MATLA B . أظهرت نتائج المحاكاة أفضل أداء لالستراتيجية ، خاصة من حيث القوة والكفاءة الكلمات المفتاحية :مولد الفولتية ، خوارزمية سرب الجسيمات األمثل. 7 Liste des figures Figure 1 : Structure d'une cellule photovoltaïque au silicium (jonction PN) .................................. 15 Figure 2 : Les images de différents types de la cellule photovoltaïque .......................................... 16 Figure 3 : Schéma équivalent d’une cellule idéale. ......................................................................... 17 Figure 4 : Schéma équivalent d’une cellule réelle .......................................................................... 18 Figure 5 : Schéma de 3 cellules photovoltaïques associées en série .............................................. 21 Figure 6: Evolution de la caractéristique (I-V) et (P-V) du module en fonction de l'irradiation ..... 21 Figure 7: Schéma de 3 cellules photovoltaïques associées en parallèle ......................................... 22 Figure 8: Evolution de la caractéristique (I-V) et (P-V) du module en fonction de l'irradiation ..... 22 Figure 9: Schéma simulink du panneau photovoltaïque ................................................................. 24 Figure 10: Schéma réel du panneau photovoltaïque ...................................................................... 24 Figure 11: Caractéristique I-V du module PV .................................................................................. 25 Figure 12: Caractéristique P-V du module PV ................................................................................. 25 Figure 13: Caractéristique P-V et I-V d’un module PV. ................................................................... 26 Figure 14: Caractéristique courant-tension d’un module en fonction de l’éclairement ................ 27 Figure 15: Caractéristique puissance-tension d’un module en fonction de l’éclairement ............. 27 Figure 16: Caractéristique courant-tension d’un module en fonction de la température ............. 28 Figure 17: : Caractéristique puissance-tension d’un module en fonction de la température ........ 29 Figure 18: Connexion directe source-charge. ................................................................................. 31 Figure 19: Etage d’adaptation entre un GPV et une charge. .......................................................... 32 Figure 20: Schéma de principe d’un convertisseur BOOST ............................................................. 33 Figure 21: Schémas équivalents lors des séquences 1 (à gauche) et 2 (à droit) ............................. 34 Figure 22: Chaîne de conversion d’énergie solaire comprenant une commande .......................... 36 Figure 23: Caractéristique Ppv(Vpv) d'un panneau solaire ............................................................. 37 Figure 24: Algorithme MPPT perturbation and observation (P&O) ................................................ 38 Figure 25: Système photovoltaïque avec commande MPPT .......................................................... 39 Figure 26: Schéma bloc de la technique P&O ................................................................................. 40 Figure 27: Le code de la technique P&O ......................................................................................... 40 Figure 28: Schéma bloc de la commande MLI (PWM) .................................................................... 40 Figure 29: Tension générée par le PV ............................................................................................. 41 Figure 30: Courant généré par le PV ............................................................................................... 41 Figure 31: Puissance générée par le PV .......................................................................................... 42 Figure 32: Tension aux bornes de la charge .................................................................................... 42 Figure 33: Courant traversant la charge ......................................................................................... 43 Figure 34: Puissance aux bornes de la charge ................................................................................ 43 Figure 35: Ombrage des panneaux par une cheminée de la maison .............................................. 47 Figure 36: Circuit modélisant l’ombrage ......................................................................................... 48 Figure 37: La puissance en fonction de la tension .......................................................................... 48 Figure 38: Tension généré par le PV ............................................................................................... 49 Figure 39: Courant généré par le PV ............................................................................................... 49 Figure 40: Puissance générée par le PV ................................................... Erreur ! Signet non défini. Figure 41: Courant traversant la charge ......................................................................................... 50 Figure 42: Tension aux bornes de la charge .................................................................................... 51 Figure 43: Puissance aux bornes de la charge ................................................................................ 51 8 Figure 44: Volée d'Anser en formation en V ................................................................................... 53 Figure 45: Principe de l’optimisation par essaim de particule ........................................................ 54 Figure 46: Un organigramme de l'algorithme PSO conventionnel ................................................. 56 Figure 47: Courant généré par le PV ............................................................................................... 58 Figure 48: Tension générée par le PV ............................................................................................. 58 Figure 49: Puissance générée par le PV .......................................................................................... 58 Figure 50: Courant aux bornes de la charge ................................................................................... 59 Figure 51: Tension aux bornes de la charge .................................................................................... 59 Figure 52: Puissance aux bornes de la charge ................................................................................ 60 9 Table des matières Remerciement ................................................................................................................................... 3 RESUME ............................................................................................................................................. 4 ABSTRACT .......................................................................................................................................... 5 ملخص .................................................................................................................................................. 6 Liste des figures ................................................................................................................................. 7 INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................................. 11 Chapitre I : les systèmes photovoltaïques ...................................................................................... 14 I-1 Effet photovoltaïque : ........................................................................................................... 14 I-2 Principe d’une cellule photovoltaïque : ............................................................................... 14 I-3 Les types des cellules photovoltaïques : .............................................................................. 15 I-4-1 Introduction : ................................................................................................................. 16 1-4-2 Cellule idéal : ................................................................................................................. 17 I-4-3 Cellule réelle : ................................................................................................................. 18 I-5 Association des cellules : ...................................................................................................... 20 I-5-1 Association en série : ..................................................................................................... 20 I-5-2 Association en parallèle : ............................................................................................... 22 I-6 Modélisation d’un système photovoltaïque : ...................................................................... 23 I-6-1 Simulation sous Matlab/Simulink du panneau solaire : ............................................... 23 I-6-2 Caractéristique courant-tension du panneau : ............................................................. 25 1-7 Influence de la température et de l’éclairement : .............................................................. 26 1-7-1Effet de l’irradiation sur les caractéristiques (I-V) et (P-V) : ......................................... 26 I-7-2 Effet de la température sur les caractéristiques (I-V) et (P-V) : ................................... 27 I-8 Conclusion : ........................................................................................................................... 29 Chapitre II : Etage d’adaptation du GPV a la charge ....................................................................... 31 II-1 Introduction : ....................................................................................................................... 31 II-2 Connexion direct source-charge : ........................................................................................ 31 II-3 Etage d’adaptation entre un GPV et une charge : .............................................................. 32 II-4 Convertisseur DC/DC : .......................................................................................................... 32 II-4-1 Définition :..................................................................................................................... 32 II-4-2 Hacheur BOOST : ........................................................................................................... 32 II-5 La commande MPPT Perturbation et Observation (P&O): ................................................. 36 II-5-1 Principe de la MPPT : .................................................................................................... 36 10 II-5-2 Commande MPPT perturbation et observation (P&O) : ............................................. 36 II-5-3 Structure de l´algorithme P&O : ................................................................................... 37 II.6 IMPLEMENTATION SOUS SIMULINK DU SYSTEME COMPLET : ......................................... 38 II.6.1 Simulation du système : ................................................................................................ 39 II.6.2 Résultats de simulation : ............................................................................................... 41 II.7 CONCLUSION : .................................................................................................................. 44 Chapitre III : Système photovoltaïque sous ombrage partiel ......................................................... 46 III-1 Introduction : ...................................................................................................................... 46 III-2 Description de l’ombrage :.................................................................................................. 46 III-3 L’ombrage partiel du module PV ........................................................................................ 47 III-4 Commande MPPT <perturbation et observation> (P&O) .................................................. 49 III-4-1 Résultat de la simulation : ......................................................................................... 49 III-4-2 Interprétation et conclusion : .................................................................................... 51 III-5 Commande MPPT Particle Swarm Optimization (PSO) ..................................................... 52 III-5-1 Principe de la commande <<Particle Swarm Optimization>> (PSO) .......................... 53 III -5-2 Structure de l’algorithme PSO .................................................................................... 55 III -5-3 Description et Simulation de l’algorithme PSO :........................................................ 56 III-5-4 Résultat de uploads/Management/ rapport-pfa-finaaaaal-pdf.pdf