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ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017): 1-19 1 Revue ElWaha

ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017): 1-19 1 Revue ElWahat pour les Recherches et les Etudes ISSN : 1112 -7163 http://elwahat.univ-ghardaia.dz Modélisation et simulation d’un générateur photovoltaïque sous Matlab/Simulink Etude pratique site Oued Nechou à Ghardaïa A. Bahri 1- University of Ghardaïa, Faculty of Science and Technology, Ghardaïa, Algeria. E.mail: bahridoc@yahoo.fr Résumé- Ce travail présente une modélisation et simulation d’un générateur photovoltaïque par l’environnement Matlab/Simulink où nous avons préparé un schéma bloc standard en utilisant les symboles mathématiques de base existant dans la bibliothèque du Simulink pour simuler tous les cas possibles de raccordement soit en série, en parallèle ou montage mixte des cellules, modules, panneaux ou champs photovoltaïques pour produire une puissance électrique selon notre besoin. Grâce à ce bloc de simulation, nous avons fait un travail pratique de comparaison entre des résultats de la centrale photovoltaïque de Oued Nechou à Ghardaïa où nous avons comparé les résultats obtenus par les donnée pratiques par ceux présentés par le constructeur de cette centrale PV d’un point de vu influence de la température et l’ensoleillement sur les caractéristiques des panneaux PV tel que nous avons trouvé résultats en accord avec ceux affichés par le constructeur de cette centrale PV ainsi que avec les données enregistré au niveaux du site concerné le 24/04/2016. Mots clés: générateur photovoltaïque, Matlab/Simulink, température, Ensoleillement. Modeling and simulation of a photovoltaic generator under Matlab / Simulink Practical study site Oued Nechou in Ghardaïa Abstract – This work presents a modeling and simulation of a photovoltaic generator by the Matlab / Simulink environment where we have prepared a standard block diagram using the basic mathematical symbols existing in the Simulink library to simulate all possible connection cases either in Series, parallel or mixed assembly of photovoltaic cells, modules, panels or fields to produce an electrical power according to our need. Thanks to this simulation block, ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017) : 1-19 A. Bahri 2 we have done a practical comparison of the results of the photovoltaic plant at Oued Nechou in Ghardaïa where we compared the results obtained by the practical data with those presented by the manufacturer of this PV plant, A point of view influence of the temperature and the sunlight on the characteristics of the PV panels as we found results in agreement with those displayed by the manufacturer of this PV plant as well as with the data recorded at the site level concerned on 24/04/2016. Key words: Photovoltaic generator, Matlab / Simulink, Temperature, Sunlight I. INTRODUCTION Une source d’énergie primaire est une forme d’énergie disponible dans la nature avant toute transformation. Si elle n’est pas utilisable directement, elle doit être transformée en une source d’énergie secondaire pour être utilisable et transformable facilement. La technologie photovoltaïque est parmi les applications de l’énergie solaire où cette dernière est transformée directement en énergie électrique par le biais d’un élément de base de cette technologie appelée cellule photovoltaïque. L’énergie solaire photovoltaïque provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité au sein des matériaux semi-conducteurs comme le silicium ou le germanium [1]. Un générateur photovoltaïque est un module photovoltaïque qui fonctionne comme un générateur électrique de courant continu constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques montées entre elles électriquement soit en série ou en parallèles afin d’obtenir des caractéristiques tel que la tension, le courant et la puissance [2]. L’objectif principal de cet article consiste en la modélisation et la simulation mathématique sous forme d’une formule reliant le courant à la tension de sortie et la puissance en fonction de tension du GPV. L'intensité de l'irradiation solaire sur le territoire algérien indique que l'Algérie possède une forte source de potentiel solaire (figure 1) [3]. Ghardaïa est une ville sèche et aride au sud, caractérisée par un grand ensoleillement (plus de 3000 heures par an) où la moyenne annuelle de l'irradiation solaire globale mesurée sur le plan horizontal dépasse 20 MJ / m2. Ce grand potentiel de l'énergie solaire peut être utilisé pour produire de l'électricité [4]. ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017) : 1-19 A. Bahri 3 Fig 1. Moyenne annuelle de l'irradiation solaire reçue sur un plan horizontal. À la fin de notre travail, nous allons faire une partie expérimentale qui consiste à une comparaison entre les résultats extraits à partir des mesures effectuées au niveau du site PV de oued Nechou à Ghardaïa et l’utilisation de notre schéma bloc de simulation préparé à l’aide de l’environnement Matlab/Simulink en utilisant la technologie monocristalline pour le cas des panneaux fixe et panneaux motorisés. II. FONCTIONNEMENT D’UNE CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE La cellule PV est réalisée à partir de deux couches de silicium, une dopé P (dopé au bore) et l’autre dopée N (dopée au phosphore) créant ainsi une jonction PN avec une barrière de potentiel. Lorsque les photons sont absorbés par le semi-conducteur, ils transmettent leur énergie aux atomes de la jonction PN de telle sorte que les électrons de ces atomes se libèrent et créent des électrons (charge N) et des trous. Ceci crée alors une différence de potentiel entre les deux couches [5]. III. MODELISATION DU SYSTEME DE CONVERSION PHOTOVOLTAIAQUE La littérature offre de nombreux modèle avec différentes configuration dépendant du besoin d’utilisation. La caractéristique I(V) du générateur PV est basée sur celle d’une cellule élémentaire modélisée par le circuit équivalent bien connu de la fig (2). Ce circuit introduit une source de courant et une diode en parallèle, ainsi que des résistances séries Rs et parallèle (shunt) Rp pour tenir compte des phénomènes dissipatifs au niveau de la cellule [6]. ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017) : 1-19 A. Bahri 4 Fig. 2. Schéma équivalent électrique de la cellule PV. Selon le schéma de la figure (2) on peut écrire :   P PV S PV AKT N I R V Ph PV R I R V e I I I S PV S PV               1 0 1 Où I0 est le courant de saturation, K est la constante de Boltzmann (1,381.10- 23 J/K), T est la température effective des cellules en Kelvin(K), q est la charge de l’électron (e=1,6 10-19 C), A est le facteur d’idéalité de la jonction (1< A<3), IPV est le courant fourni par la cellule lorsqu’elle fonctionne en générateur, VPV est la tension aux bornes de cette même cellule, Iph est le photo courant de la cellule dépendant de l’éclairement et de la température ou bien courant de (court-circuit), RP est la résistance shunt caractérisant les courants de fuite de la jonction, RS est la résistance série représentant les diverses résistances de contacts et de connexions [6]. Le module PV est constitué par un regroupement, en série et/on parallèle d’un grand nombre de cellules élémentaire. L’association parallèle de NS cellules en série permet d’augmenter la tension du GPV. Une association parallèle de NP cellules possible afin d’accroitre le courant de GPV. La relation entre le courant et la tension dans un module PV, constitué de plusieurs cellules connectées en série et en parallèle, est donnée par l’équation suivante. ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017) : 1-19 A. Bahri 5 p pv s pv s pv p pv s s pv p ph p pv R I R V N N T K A N I R N V q I N I N I                                   1 . . ( exp 0 2 La fig 3 et 4 illustre les caractéristiques I(V) et P(V) d’une cellule en silicium ayant les caractéristiques : Vco = 0.6 V, Icc = 2.55A, Pm = 1,153W on peut trouver deux courbes de la cellule PV dans les conditions standard (T = 25°C, E = 1000W/m2) comme suit: Fig. 3. Caractéristique Ipv(Vpv) d’une cellule PV. Fig.4. Caractéristique P(Vpv) d’une cellule PV. ElWahat pour les Recherches et les EtudesVol.10 n°1 (2017) : 1-19 A. Bahri 6 IV. INFLUENCE DES PARAMETRES SUR LES COURBES D’UNE CELLULE PV. Au cours d’une journée, le niveau d’éclairement et la température d’une cellule vont varier entre 0 W/m² et 1000 W/m² ainsi que la variation de la température. Il est donc important de connaître l’évolution des caractéristiques courant-tension en fonction du niveau d’éclairement et en fonction de la température. A l'aide de la caractéristique courant -tension d'une cellule PV, sous éclairement et température bien déterminée, il est possible d'évaluer les performances et le comportement électrique de la cellule photovoltaïque. A. Effet de la température. Nous avons effectué une simulation où nous avons maintenu un éclairement constant (E=1000W /m2) pour différentes température (25°C, 50°C ,75°C ,100°C). La courbe des caractéristiques va présenter quatre allures différentes selon la température voir les figures (5) et (6). Les paramètres de la cellule considérés sont : Rs= 0.01Ω,Rp= 4 Ω, Icc= 2.55 uploads/Science et Technologie/152-361-2-pb-pdf.pdf