DIPLÔME NATIONAL D’INGÉNIEUR Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique ******** Université de Monastir ***** École Nationale d’Ingénieurs de Monastir MÉMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDE PRÉSENTÉ POUR OBTENIR LE DIPLÔME NATIONAL D’INGÉNIEUR Par *NAFFOUTI Seif_Eddine* Dimensionnement et commande d’un hacheur parallèle alimenté par une source photovoltaïque Encadré par : Mr. HASSINE Sami Mr. BENGHANEM Belgacem Année Universitaire 2011/ 2012

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

La production d’énergie électrique Solution Fossiles Energies renouvelables DANGER Pollution: Gaz à effet de serre

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

Description d’un système PV Cellule photovoltaïque Lumière Electricité Une cellule peut produire sous un éclairement de 100W/m2 : Une tension de 0.6V Un courant allant de 2 jusqu’à 3A Une puissance de 1.5 W 4

Description d’un système PV Caractéristique d’une cellule photovoltaïque  Schéma équivalent 4 5

Description d’un système PV Courant photovoltaïque Le courant fournit est: courant shunt Courant photovoltaïque Photo-courant courant de la diode 6

Description d’un système PV Caractéristique courant-tension Ipm Vpm 7

Description d’un système PV Influence de la résistance série Influence de la résistance shunt 8

Description d’un système PV Influence de l’éclairement Influence de la température 9

Description d’un système PV Constitution d’un système PV Isolé Panneaux solaires Régulateur Energie solaire Site isolé Energie électrique Energie électrique Batterie (stockage) Plomb-acide Cadmium-Nickel Cette batterie pourrait être par exemple une pile à combustible.

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limites de la connexion directe GPV-charge Charge DC GPV CHARGE Pertes allant de 5% à 30% Faible rendement 13

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Charge DC Etage d’adaptation Hacheur parallèle Filtre CL 14

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE Schéma de principe d’un hacheur parallèle 3 Phases de fonctionnement possibles pour il K est fermé, uK = 0, dil/dt>0 K est ouvert , uK = VS , dil/dt<0 K est ouvert et il = 0, donc uK = VPV Conduction continue Conduction discontinue Non inclut On suppose les interrupteurs parfaits. On suppose aussi que la capacité C est suffisamment élevée pour que vS(t)=constante=VS 15

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE Phase 1 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants. Condition initiale : Donc : 16

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE Phase 2 : Équation différentielle du premier ordre à coefficients constants. Condition initiale : Donc : Il faut que le courant diminue, il faut donc que : 17

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Formes d’ondes des signaux : ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE Expression de la tension moyenne de sortie Vs : Soit : Donc : Si pas de pertes dans le CVS : 18

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE En pratique la valeur de α est limitée (0.1<α<0.9) car la valeur moyenne de la tension de sortie est infinie pour α=1, Dimensionnement de l’inductance "L" : Ondulation du courant dans la source ∆Il : Phase 1 : Phase 2 : Donc : 19

Etude de l’étage d’adaptation DC-DC ETUDE DE MONTAGE HACHEUR PARALLÈLE Dimensionnement de la capacité du condensateur "C" : On tient compte désormais de l’ondulation de la tension vs(t). Cette ondulation est due à la composante alternative du courant dans la charge. Pour , on a : Donc, en t=αT, on a : Soit, en fait : 20

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

La commande “ Perturb and Observe” (P&O) Recherche de Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Technique MPPT: « Maximum Power Point Tracking » : chercher le Point de Puissance Maximale ou bien Optimiser le fonctionnement de la chaine de conversion photovoltaïque en variant le rapport cyclique . La commande “ Perturb and Observe” (P&O) La commande “Hill Climbing” La commande par incrémentation de conductance 22

Incrémentation de la conductance Recherche de Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Pas de pertes Pas de risques de divergence par rapport au PPM P&O MPPT Incrémentation de la conductance Hill climping Des pertes Le maximum de puissance est obtenue si la valeur de la conductance statique et la valeur de la conductance dynamique sont égaux mais de signes opposés. 23

P&O Recherche de Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Principe de la commande MPPT 24

Recherche de Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Implémentation de la commande MPPT Principaux caractéristiques : Oscillateur Timer 1: 32Khz Une ou deux sorties PMW Consommation d’énergie est faible 25

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

Résultats des travaux de simulation Soit : Vpv=12 V Soit : Vpv=17.8 V Pour Vpv=12V et =75% Pour Vpv=17.8V et =63% 27

PLAN 1 Introduction 2 Description d’un système photovoltaïque Etude de l’étage d’adaptation DC-DC Limite de la connexion directe GPV-Charge Le hacheur Boost et son principe de fonctionnement 3 Recherche du Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM) Différentes techniques d’optimisation MPPT Implantation de la commande MPPT 4 5 Résultats des travaux de simulation 6 Conclusion et perspectives

Conclusion et perspectives 5 En Résumé Acquérir des connaissances pratiques dans le domaine d’électronique de puissance et l’énergie renouvelable . la méthode P&O a été choisie pour implanter un algorithme de poursuite du point de fonctionnement à puissance maximale (MPPT) du panneau PV. Perspectives  Qualifier les résultats (théorique) obtenues dans ce projet par une réalisation concrète du système complet et d’en valider expérimentalement.  Améliorer le programme intégré au microcontrôleur (PIC) pour qu’il puisse effectuer des fonctions de supervision, tels que : le contrôle de l’état de charge de la batterie, le suivi du soleil,…  Etudier un couplage hybride entre un panneau PV et un générateur éolien dans le but de réaliser une microcentrale multi-sources. Perspectives Qualifier les résultats (théorique) obtenues dans ce projet par une réalisation concrète du système complet et d’en valider expérimentalement. Améliorer le programme intégré au microcontrôleur (PIC) pour qu’il puisse effectuer des fonctions de supervision, tels que : le contrôle de l’état de charge de la batterie, le suivi du soleil,… Etudier un couplage hybride entre un panneau PV et un générateur éolien dans le but de réaliser une microcentrale multi-sources.

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