Mémoire · 2014-10-15 · 1.6 Applications des systèmes photovoltaïques………………………………………… ... 4.5 Application de la logique floue ... Effet de la

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE FERHAT ABBAS SETIF-1

UFAS (ALGERIE)

Mmoire

Prsent au dpartement dElectrotechnique

Facult de Technologie

Pour obtenir le diplme

De Magister

Option : Commande Electrique

Par

AOUFI Saliha

Thme

Soutenu le 28/09/2014 devant la commission dexamen compose de :

KHABER Farid Pr. Universit de Stif-1 Prsident

RAHMANI Lazhar Pr. Universit de Stif-1 Encadreur

HEMSAS Kamel Eddine Pr. Universit de Stif-1 Examinateur

BOUAFIA . Abdelouahab MCA. Universit de Stif-1 Examinateur

Modlisation et commande dun systme de

pompage photovoltaque

Modlisation et commande dun systme de pompage photovoltaque

REMERCIEMENT

Avant tout, je remercie le bon dieu tout puissant qui me donne de la foi, du

courage et de patience, qu'il ma donne durant toutes ces annes d'tude.

Ainsi, je tiens galement exprimer mes vifs remerciements mon encadreur Pr

RAHMANI Lazhar pour avoir d'abord propose ce thme, pour suivi

continuel durant toute cette priode. Qui n'a pas cesse de me donner ses

conseils.

Je remercie vont aussi tous les enseignants d'Electrotechnique qui a contribu

notre formation par ailleurs, ainsi tous les membres du jury qui ont accept

de juger mon travail.

En fin je tiens exprimer mes reconnaissances tous mes amis pour le soutien

moral et matriel.


Sommaire


RESUME

REMERCIMENTS

LISTE DES SYMBOLES

LISTES DES FIGURES

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE.. 1

CHAPITRE 01 : ETAT DE LART DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES

1.1 Introduction.....................................................................................................................6

1.2 Rayonnement solaire ..6

1.3 Conversion du rayonnement solaire par effet photovoltaque..8

1.4 Technologies des cellules photovoltaques ...9

1.4.1 Technologies de 1re gnration base de Silicium Cristallin ..9

1.4.2 Technologies de 2me gnration base de couche-mince.....9

1.4.3 Technologies de 3me gnration les cellules organiques.9

1.5- Les avantages et les inconvnients des systmes photovoltaque ...11

1.5.1-Les avantage.11

1.5.2 Les inconvnients.11

1.6 Applications des systmes photovoltaques......12

1.6.1 Systmes autonomes..12

1.6.2 Systmes hybrides ...12

1.6.3 Systmes coupls au rseau...13

1.6.4 Systmes fonctionnant au fil du soleil (Pompage photovoltaque)...13

1.6.4.1 Configuration typique dun systme de pompage photovoltaque14

1.6.4.1.1 Systmes de petite puissance (50-400Wp)..15

1.6.4.1.2 Les systmes de moyenne puissance (400-1500 Wp)....16

1.6.4.2 Technologie des moteurs....17

1.6.4.2.1 Moteur courant continu.17

1.6.4.2.2 Moteur courant continu sans balais...18

1.6.4.2.3 Moteur a courant alternatif..........18

1.7 Conclusion.20

CHAPITRE 02 : SIMULATION DES ELEMENTS DUN SYSTEME DE

POMPAGE PV

2.1 Introduction...17

2.2 Gnrateur photovoltaque............17 2.2.1 Modlisation du gnrateur photovoltaque..........17 2.2.1.1 Modle paramtres constants..17 2.2.1.2 Rsolution de l'quation caractristique I(V).....19 2.2.2 Caractristiques principales du gnrateur photovoltaque..19 2.2.2.1 Caractristiques Courant-Tension..20 2.2.2.2 Caractristique Puissance-Tension.........20 2.2.2.3 Effet de lclairement.21 2.2.2.4 Influence de la temprature....21 2.2.2.5 Influence de la rsistance srie...22 2.2.2.6 Influence du facteur de qualit...22 2.2.3 Interprtations des Rsultats.23


2.2.4 Rendement.23

2.2.5 Facteur de forme23

2.2.6 Fonctionnement optimale de gnrateur...24

2.3 Convertisseurs DC-DC .24

2.3.1 Hacheur lvateur..24

2.3.2 Avantage de convertisseur lvateur.25

2.4 Modlisation et commande de Moteur courant continu sans balais...25

2.4.1 Moteur courant continu sans balais25

2.4.2 Principe de fonctionnement de Moteurs PMBL.................................................26

2.4.3 Caractristique du PMBLDC....27

2.4.4 Capteurs effet Hall..27

2.4.5 Modle mathmatique du Moteur BLDC.28

2.4.5.1 La Force lectromotrice.........28

2.4.5.2 Lquation Mcanique du Mouvement..........31

2.4.5.3 Couple lectromagntique ....32

2.4.5.4 Modle de lensemble Machine-Commutateur Electronique.32

2.4.5.5 techniques de commande33

2.4.5.6 le courant de rfrence34

2.4.6 Description de systme de commande de moteur PMBLDC34

2.4.6.1 Logique floue, principes et dfinitions...35

2.4.6.2 Ensembles floues....36

2.4.6.4 rgles floues37

2.4.6.5 mcanismes dinfrence floue37

2.4.7 Conception de contrleur flou (FLC)....38

2.4.7.1 La stratgie de fuzzification...39

2.4.7.2 Etablissement des rgles dinfrence..39

2.4.7.3 La stratgie de dfuzzification....40

2.4.8 Rsultats de simulation..40

2.4.8.1 Rsultats sans rgulation....40

2.4.8.2 Rsultats de simulation de PMBLDC avec contrleur flou...41

2.4.8.3 Interprtation..42

2.5 Les pompe.43

2.5.1 La pompe centrifuge..............................................................................................43

2.5.2 Caractristiques de la pompe centrifuge43

2.5.2.1 La courbe dbit-hauteur..44

2.5.2.2 Courbe de rendement..44

2.6 Conclusion.....45

CHAPITRE 03 : OPTIMISATION DE FONCTIONNEMENT DU GENERATEUR

PHOTOVOLTAIQUE


3.2 Fonctionnement dun gnrateur PV sa puissance maximale....53

3.3 Principe de la recherche du point de puissance maximal.54

3.3.1 Fonctionnement de boost.54

3.4 Classification dalgorithmes du suiveur de point maximum.57

3.4.1 Mthodes contre raction de tension..57

3.4.2 Mthodes contre raction de courant..58

3.4.2.1 Mthode courant de rfrence en fonction du courant de court-circuit


3.4.2.2 Mthode courant de rfrence externe

3.4.3 Mthodes contre raction de puissance..59

3.4.3.1 Algorithme perturbation et observation simple ..59

3.4.3.2 Mthode par incrmentation de conductance ...60

3.4.4 Principe de poursuite du point de puissance maximale par un contrleur flou

3.4.4.1 Fuzzification...........62

3.4.4.2 Mthode d'infrence...........63

3.4.4.3 Dfuzzification...........63

3.5 Rsultats de simulation..64

3.5.1 Hacheur lvateur command sans maximisation de puissance...64

3.5.2 Etude du systme solaire avec contrleur MPPT..........64

3.5.2.1 Fonctionnement sous des conditions constantes

3.5.2.2 Comportement du systme face un changement de lclairement...66

3.5.2.3 Le fonctionnement sous les niveaux de temprature changeants..........67

3.6 Conclusion.........69

CHAPITRE 04 : OPTIMISATION DE SYSTEME DE POMPAGE PHOTOVOLTAIQUE


4.2 Description du systme de pompage tudi..71

4.2.1 Choix de motopompe et de gnrateur PV........72

4.3 Couplage direct (GPV - Charge)...73


4.4 Loptimisation de systme de pompage par mthode P & O

4.4.1 Synthse de fonctionnement de systme...75


4.5 Application de la logique floue ........80

4.5.1 Rsultats de simulation..........81

4.6 Conclusion.....82

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE84

BIBLIOGRAPHIE..87

ANNEXE.94

ANNEXE A : Pompage laide de moteur PMBLAC.... .94

ANNEXE B : paramtres.101


LISTE DES SYMBOLES

Ep : Lnergie photonique h : La constante de Planck

C : La vitesse de la lumire

: Longueur donde

: llvation du soleil sur lhorizon

IL : Le courant photonique.

I0 : Le courant de saturation inverse.

n : Le facteur de qualit.

RS : La rsistance srie.

k : La constante de Boltzmann

q : La charge de llectron

A : Surface effective de gnrateur

G : Eclairement

T : Temprature ambiante

USmoy : La tension moyenne rglable

US : La tension de sortie de convertisseur

Ue : La tension dentre de convertisseur

D : Le rapport cyclique

V0V : La tension en circuit ouvert du panneau

Isc : Courant de Court-circuit

E : Lerreur

CE : Le changement derreur

: Vecteur la tension de phase

: Vecteur le courant de phase

: Le flux magntique de phase

: Le vecteur du flux magntique

: La force lectromotrice

[R] et [L] : sont les matrices rsistances et inductances de la machine

: La position lectrique

: La position mcanique du rotor

ke : Le coefficient de la force lectromotrice

Wr : La vitesse angulaire


Ce : Le couple lectromagntique dvelopp

Cr : Le couple de charge

f : Le coefficient de frottement

I* : L'amplitude du courant de phase

W : La vitesse relle du rotor

Wref : La vitesse de rfrence

Q : Le dbit

H : La hauteur

p : Le rendement de la pompe

: La masse volumique de leau

kp : Constante de charge


LISTES DES FIGURES

CHAPITRE 01

Figure 1.1 : Normes de mesures du spectre dnergie lumineuse mis par le soleil,

Figure 1.2: Spectres solaires relevs selon diffrentes valeurs dair masse AM

Figure 1.3 Principe de leffet photovoltaque

Figure 1.4 : Systme hybride

Figure 1.5 : Systme PV coupls aux rseaux

Figure 1.6 : Les lments dune installation de pompage photovoltaque

Figure 1.7 : Systmes de petite puissance

Figure 1.8 : Les systmes de moyenne puissance

CHAPITRE 02

Figure 2.1 : Modle quivalent dune photopile ou cellule photovoltaque

Figure 2.2 : Caractristique I(V) d'un gnrateur photovoltaque

Figure 2.3 : Caractristiques P (V) d'un gnrateur photovoltaque

Figure 2.4 : Influence de lclairement sur les caractristiques lectriques P-V

Figure 2.5 : Influence de la temprature sur les caractristiques lectriques P-V

Figure 2.6 : Influence de la rsistance srie sur les caractristiques lectriques I(V) et P(V)

Figure 2.7 : Influence du facteur de qualit

Figure 2.8: Hacheur lvateur

Figure 2.9 : Moteur courant continu sans balais

Figure 2.10 : Constitution du Moteur BLDC

Figure 2.11 : Capteur effet hall

Figure 2.12 : Modle lectrique simplifi du BLDC

Figure 2.13 : Formes typiques des courants et des FEMs

Figure 2.14 : Ensemble moteur-commutateur.


Figure 2.15 : Signaux effet hall

Figure 2.16 : schma structurelle de systme.

Figure 2.17: Structure de contrleur flou

Figure 2.18 : partition des entres et de la sortie du contrleur flou

Figure 2.19 : Rsultats de simulation de PMBLDC

Figure 2.20 : Rsultats de simulation de PMBLDC avec contrleur flou

Figure 2.21 : Courbes Q-H pour diffrentes hauteurs et vitesses

Figure 2.22 : Rendement de la pompe centrifuge.

CHAPITRE 03

Figure 3.1: Systme de conversion photovoltaque

Figure 3.2 : Connexion directe dun gnrateur photovoltaque (GPV) charge

Figure 3.3 : Etage dadaptation

Figure 3.4 : Chane lmentaire de conversion photovoltaque avec CS

Figure 3.5: (a) La tension, Le courant, Le rapport cyclique du GPV

Figure 3.6 ; Effet de lclairement sur le fonctionnement du Boost

Figure 3.7. : Effet de la temprature sur le fonctionnement du Boost

Figure 3.8 : Mthode avec Contre-raction de tension

Figure 3.9 : Mthode perturbation et observation

Figure 3.10 : Organigramme de lalgorithme Perturbation et Observation

Figure 3.11 : Organigramme de lalgorithme incrmentation de conductance

Figure 3.12 : Schma synoptique gnral dun contrleur flou

Figure 3.13 : simulation du hacheur lvateur command sans maximisation de puissance

Figure 3.14 : Puissance de sortie du panneau photovoltaque

Figure (3.15, 16, 17): simulation de les technique (MPPT), sous des conditions constantes

Figure (3. 18,19): Comparaison des divers signaux MPPT, sous les niveaux dcroissants

rapidement de lclairement.


Figures (3.20, 21) : Rapport cyclique et puissances pour les contrleurs MPPT Flou, P and O

et Inc. pour une diminution rapide de la temprature.

CHPITRE 04

Figure 4.1 : Description du systme de pompage

Figure 4.2 : Le couplage direct

Figure 4.3 : Rsultat de simulation du systme de pompage deau couplage direct

Figure 4. 4 : Rsultat de simulation du systme de pompage optimis par p&o

Figure 4. 5 : Rsultat de simulation du systme de pompage optimis par logique floue


Introduction gnrale


INTRODUCTION GENERALE

Lnergie solaire photovoltaque (PV) est de plus en plus utilise dans diverses

applications terrestres comme lclairage, les tlcommunications, la rfrigration et le

pompage. Les systmes PV ne ncessitent aucun apport extrieur de combustible; de plus, le

gnrateur lui-mme ne contient aucune pice mobile et ne requiert donc pratiquement pas

dentretien. Par consquent, les cots rcurrents dopration et de maintenance sont

relativement faibles. Pour ces raisons, cette source dnergie convient particulirement bien

pour les utilisations en milieu rural o les populations sont rparties dans de petites

communauts et o la demande nergtique est relativement faible [1].

Lune des applications les plus importantes de lnergie solaire photovoltaque(PV) est

le pompage de leau, en particulier dans les zones rurales qui ont une quantit considrable de

rayonnement solaire et n'ont pas accs aux rseaux lectrique. Les systmes PV de pompage

utilisent gnralement des pompes de faible puissance allant de 200-2000 W. Ils sont

largement utiliss pour lapprovisionnement en eau potable pour les mnages, lapport en eau

pour les btails et lirrigation petite chelle.

Un systme de pompage deau photovoltaque est gnralement aliment par un

systme comprenant un gnrateur photovoltaque, un groupe moteur-pompe et un rservoir

deau pour assurer la continuit de lapprovisionnement lorsque lnergie solaire ne suffit pas.

Deux types de systmes peuvent tre utiliss, le premier est constitu d'un gnrateur

PV coupl directement un groupe motopompe, le deuxime est compos d'un gnrateur PV

coupl une motopompe CC ou AC travers un convertisseur continu-continu fonctionnant

en MPPT (Maximum Power Point Tracking) pour la machine continue et toujours un

convertisseur continu-continu fonctionnant en MPPT coupl un convertisseur continu

alternatif pour la machine alternative [2], [3].

La configuration la plus usuelle dans le pompage photovoltaque et base dun moteur

courant continu vue la simplicit de son couplage direct avec le gnrateur photovoltaque.

En effet, les moteurs courant continu exigent une maintenance continue notamment pour les

moteurs balais (les plus communs) o les balais doivent tre changs priodiquement. Ceci

est particulirement problmatique notamment dans le cas des pompes moteur immerg o

la pompe doit tre retire du forage pour changer les balais. Lisolation du moteur ne doit pas


tre compromise afin de ne pas la fragiliser aux infiltrations deau, ce qui nest pas vident sur

le site. Certains constructeurs offrent des moteurs balais de longue dure, rduisant ainsi

leur entretien toutes les 5000 heures de fonctionnement mais augmentant par contre les prix

de ces moteurs courant continu dj levs [4]. En outre, la prsence des balais empche

lexploitation des moteurs courant continu dans les applications haute puissance telles que

les forages haut dbit et haute profondeur [5].

La recommandation dun moteur courant continu sans balais et commutation

lectronique prsente un choix favorable pour un systme de pompage solaire vue les

avantages des aimants a basse de terres rares dune part, ainsi que les privilges quoffrent la

commutation lectronique qui en rsulte, dautre part : Haute efficacit, dure de vie plus

longue, une faible maintenance de systme et rendement optimal.

Dans le prsent travail, nous nous sommes fixs lobjectif principal suivant :

Modlisation ; analyse et optimisation nergtique dun systme de pompage

photovoltaque comportant un gnrateur PV, un convertisseur continu-continu et un

groupe motopompe.

La mthodologie suivie tout au long de ce travail est la suivante :

Modlisation des composantes dun systme de pompage photovoltaque

Proposition dune technique doptimisation de la puissance du GPV.

Simulation de lensemble et comparaison entre un couplage direct et un couplage indirect

avec optimisation de la puissance du GPV.

Le document a t divis en quatre chapitres dont le contenu est rsum ci-dessous :

Le premier chapitre donne une description gnrale des systmes photovoltaques, ainsi

que des notions sur les diffrents systmes PV et sur les diffrentes parties constituant

notre systme de pompage

Dans le seconde chapitre, on passe en revue le modle mathmatique dun module

photovoltaque permettant de dterminer la caractristique tensioncourant ainsi que

linfluence des paramtres internes et externes sur cette caractristique (temprature,

ensoleillement, rsistance srie, facteur de qualit,). Le moteur PMBLDC sera

galement modlis en association avec la commande de vitesse par logique floue. Un

modle dune pompe centrifuge immerge est propos et ces caractristiques seront

prsentes.


Le troisime chapitre est ddi au ltude du convertisseur DC-DC de type survolteur

qui jouera le rle dun adaptateur dimpdance et dont le rapport cyclique est gnr

par un algorithme de poursuite du point de puissance maximale (MPPT). En effet,

trois algorithme dextraction du point de puissance maximale ont t examins

savoir : Lalgorithme Perturber et observer (P&O), lalgorithme dAccroissement de

la Conductibilit (INC COND), et enfin un algorithme bas sur la logique floue (FLC).

Dans le quatrime chapitre on a examin en premire partie le couplage direct du

champ photovoltaque avec le moteur PMBLDC. Dans la deuxime partie de ce

chapitre nous avons considr le couplage du moteur/pompe avec un convertisseur

DC/DC pour lextraction du point de puissance maximale et un onduleur triphas. Une

tude comparative par simulation sera prsente et commente.

Le dernier chapitre sera consacr une conclusion gnrale de prsent travail, avec

des perspectives quant la continuit de ces investigations.


Chapitre 01

Etat de lart des systmes

photovoltaques


CHAPITRE 01

ETAT DE LART DES

SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES

1.1 Introduction

Le scientifique franais, Becquerel, fut le premier dcouvrir en 1839 leffet

photolectrique. Becquerel a observ le comportement lectrique d'lectrodes immerges dans

un liquide conducteur expos la lumire [6]. Par la suite en 1905, Albert Einstein

dcouvert, en travaillant sur leffet photolectrique, que la lumire navait pas quun caractre

ondulatoire, mais que son nergie tait porte par des particules, les photons. Ce nest quen

1954 que les premires piles solaires produisant de llectricit firent leur apparition, grce

aux travaux de Bell Laboratoires aux tats-Unis [7]. De leffet photolectrique la

conception de la cellule photovoltaque, il a donc fallu attendre un sicle. L'nergie

photovoltaque eut un regain d'intrt dans les annes 1960 lors des premiers lancements

spatiaux de satellites puis lors des missions lunaires [8]. Les crises conomiques des annes

1970, puis les accidents de centrales nuclaires renforcrent l'intrt du grand public envers

les nergies renouvelables, et en particulier l'nergie photovoltaque qui s'impose comme une

des sources d'nergies renouvelables les plus prometteuses.

1.2 Rayonnement solaire

Le soleil, notre plus grande source dnergie, est une toile situe une distance

moyenne de 149 598 000 Km de la terre. Elle met un rayonnement lectromagntique

compris dans une bande de longueur donde variant de 0,22 10 m [9]. Ce rayonnement est

compos de grains de lumire appels photons. Lnergie de chaque photon est directement

lie la longueur donde par la relation suivante [10].

= / (1.1)

o

h : est la constante de Planck,

c : est la vitesse de la lumire et sa longueur donde.


Le rayonnement solaire subit une attnuation et une modification de son spectre en

traversant latmosphre. Ceci est d essentiellement labsorption partielle du rayonnement

par les gaz atmosphriques et la vapeur deau. Le flux nergtique reu au sol ne dpasse pas

1200 W/m2 [11]. Pour tenir compte de la position relative du soleil qui modifie lpaisseur de

latmosphre traverse, on introduit un coefficient appel nombre dair masse AM [11]. La

figure ci-dessous illustre ce principe.

Figure 1.1 : Normes de mesures du spectre dnergie lumineuse mis par le soleil, notion dair

masse AM.

Le nombre dair masse est obtenu par la relation suivante:

= 1/sin () (1.2)

Avec : () llvation du soleil sur lhorizon.

Le concept de nombre dair masse caractrise la puissance transporte par le

rayonnement solaire (par exemple 1 353 W/m2 pour AM0); dautre part, il sert dfinir un

spectre de rfrence pour calibrer les cellules talons destines qualifier les performances

des dispositifs photovoltaques [11]. La figure ci-dessous montre le spectre solaire relev dans

plusieurs conditions selon diffrentes valeurs dair masse.


Figure 1.2 : Spectres solaires relevs selon diffrentes valeurs dair masse AM.

Ainsi les conditions standards de qualification des cellules sont un spectre AM1.5, une

puissance incidente de 1 000 W/m et une temprature de 25C. Ces conditions sont appeles

STC (Standard Test Conditions) [11].

1.3 Conversion du rayonnement solaire par effet photovoltaque

Les cellules photovoltaques sont des composants optolectroniques qui transforment

directement la lumire solaire en lectricit par un processus appel effet photovoltaque .

Cet effet peut tre expliqu par le fait quun photon reu du rayonnement solaire, heurte une

cellule PV, son nergie peut tre transfre un lectron dans le matriau semi-conducteur de

la cellule. Avec cette nergie supplmentaire, l'lectron peut alors s'chapper de sa position

normale dans l'atome (de la bande de valence la bande de conduction traversant la bande

interdite), crant ainsi un trou qui deviendra une partie d'un courant dans un circuit lectrique.

Cest ce quon appelle la paire lectron-trou [12], comme la montre la figure ci-dessous.

Figure 1.3 : Principe de leffet photovoltaque.


La structure la plus simple dune cellule PV, comporte une jonction entre deux

matriaux semi-conducteurs dops de sorte que lune conduise les charges ngatives et

lautre, les charges positives. Le but de la structure photovoltaque, cest de crer un champ

lectrique interne permanent, il se cre donc une diffrence de potentiel entre les deux

couches de la cellule. En consquence, un courant lectrique peut tre tabli en connectant les

bornes de la jonction un circuit extrieur [12].

1.4 Technologies des cellules photovoltaques

On distingue trois gnrations des cellules photovoltaques en fonction des dveloppements

technologiques [12], [13].

a. Technologies de la 1re gnration base de Silicium Cristallin

Les cellules de premire gnration sont bases sur une seule jonction P-N qui utilisent

gnralement le silicium sous forme cristalline comme matriau semi-conducteur. La mthode

de production base sur les wafers de silicium est trs nergivore et donc trs chre. Elle

ncessite par ailleurs un silicium d'une grande puret. On diffrencie galement les cellules

base de silicium monocristallin et poly cristallin [12].

b. Technologies de la 2me gnration base de couche-mince

Plus rcemment sont apparues les technologies de couches minces, plus fines et dont la

part du march semble promise une augmentation rapide. Les cellules dites couche mince

(Thin-film) constituent ce que certains appellent les cellules de seconde gnration car elles

font historiquement suite aux cellules en silicium cristallin relativement paisses. On

distingue plusieurs types de cellules couche minces savoir :

le silicium amorphe (a-si).

le tellurure de Cadmium (CdTe).

le cuivre/indium/slnium ou cuivre/indium/Gallium/slnium (CIS ou CIGS).

c. Technologies de la 3me gnration les cellules organiques

Elles sont constitues de molcules organiques combinant flexibilit et lgret. Il y a

trois types de ces cellules: les molculaires, celles en polymres et les organiques hybrides.

Ces technologies sont encore au stade de la recherche et dveloppement [12].

Dans le tableau (1.1), ci-dessous on rsume les diffrentes performances des technologies

cites prcdemment [14]:


Tableau 1.1 Performance des diffrentes technologies des cellules photovoltaques

Type de cellule Rendement Avantage Inconvnient Image

Silicium

monocristalline

13-17% Bon

rendement

pour une

cellule

Cout de

fabrication

lev, perte de

matire en cours

de fabrication

Silicium

poly-cristallin

11-15% Bon

rendement

pour un

module

Cout de

fabrication

lev, perte de

matire en cours

de fabrication

Silicium

amorphe

5-9% Facile

fabriquer

Mauvais

rendement

CdTe 7-11% Absorbe

90% des

photons

incidents

Cadmium trs

polluant

CIGS 20% Energie de

gap

ajustable,

99% des

photons

absorbs

Manque de

matire premire

Cellules

organiques

5% Faible cout

de

fabrication,

flexible

Rendement

encore

trop bas

1.5 Avantages et inconvnients des systmes photovoltaques

1.5.1 Avantages [3], [13]

1-Le soleil est une source d'nergie propre et renouvelable, qui ne produit ni le gaz ni le

dchet toxique par son utilisation.

2- Le processus photovoltaque est compltement semi-conducteurs et d'un seul bloc.

Il n'y a aucune pice mobile et aucun matriau n'est consomm ou mis.

3- Les systmes photovoltaques ont les avantages suivants par rapport aux options de

concurrence de puissance:

ils ne font pas de pollution, sans missions ou odeurs discernables.


ils peuvent tre des systmes autonomes qui actionnent srement sans surveillance

pendant de longues priodes.

ils ne consomment aucun carburant, leur carburant est abondant et libre.

ils peuvent tre combins avec dautres sources d'nergie pour augmenter la fiabilit

de systme.

ils n'exigent aucun raccordement une source d'nergie ou un approvisionnement en

carburant existant.

1.5.2 Inconvnients [3], [13]

prix: les cellules solaires sont encore lointaines pour produire une fraction significative

de l'nergie du monde requise en raison de la charge de placement initiale.

rayonnement du soleil: lintensit dirradiante du rayonnement du soleil en un jour,

toujours, change et flotte.

le rendement rel dun module photovoltaque et de lordre de 10 15 %,

ils sont tributaires des conditions mtorologiques.

lnergie issue du gnrateur photovoltaque est continu et de faible voltage (< 30V)

donc il doit tre transform par lintermdiaire dun onduleur.

beaucoup des appareils vendus sur le march fonctionnent avec du 230 V alternatif.

1.6 Applications des systmes photovoltaques

Les principales applications des systmes photovoltaques sont numres ci-aprs.

1.6.1 Systmes autonomes

Une installation photovoltaque autonome est une installation qui fonctionne

indpendamment du rseau lectrique ou toutes autres sources dnergies. Dans la majorit

des cas, ce systme est utilis dans les sites isols. Une tel installation doit tre capable de

fournir de lnergie, y compris lorsquil ny a pas de soleil (la nuit ou en cas de mauvais

temps). Il faut donc quune partie de la production journalire des modules photovoltaques

soit stocke dans des batteries [13]. Cette installation se compose dun ou plusieurs modules

photovoltaques, dun rgulateur de charge, dune ou plusieurs batteries et ventuellement

dun onduleur.

1.6.2 Systmes hybrides

http://www.arebor-energie.fr/encyclopedie/index.php/Kit_solaire_photovolta%C3%AFque_pour_site_isol%C3%A9http://www.arebor-energie.fr/encyclopedie/index.php/D%C3%A9finition_d%27un_module_photovolta%C3%AFquehttp://www.arebor-energie.fr/encyclopedie/index.php/D%C3%A9finition_d%27un_module_photovolta%C3%AFquehttp://www.arebor-energie.fr/encyclopedie/index.php/D%C3%A9finition_d%27un_r%C3%A9gulateur_de_charge/d%C3%A9chargehttp://www.arebor-energie.fr/encyclopedie/index.php/D%C3%A9finition_d%27une_batterie_solaire


Les systmes hybrides consistent en lassociation de deux ou plusieurs technologies

complmentaires de manire accrotre la fourniture dnergie. Les sources dnergie comme

le soleil et le vent ne dlivrent pas une puissance constante, et leur combinaison peut

permettre de parvenir une production lectrique plus continue dans le temps. Les systmes

hybrides fonctionnent tels que, les batteries sont charges par les panneaux solaires (le jour) et

par le gnrateur olien (lorsquil ya du vent) [15].

Figure 1.4 : Systme hybride

1.6.3 Systmes coupls au rseau

Les installations raccordes au rseau lectrique (ou relies une centrale de

distribution) constituent gnralement une solution optimale pour la production de llectricit

solaire, tant en termes dnergie que de cots [16]. Ces installations se composent de modules

photovoltaques interconnects, dun (ou plusieurs) onduleur(s) raccorde au rseau

lectrique. Londuleur convertit le courant continu gnr par les modules photovoltaques et

produit un courant alternatif conforme au rseau lectrique. La figure (1.5) illustre le principe

dun systme photovoltaque connect au rseau.


Figure 1.5 : Systme PV coupls aux rseaux

1.6.4 Systmes fonctionnant au fil du soleil (Pompage photovoltaque)

Dans les rgions loignes, dsertiques ou montagneuses, l'alimentation en eau potable

et dirrigation reste toujours le souci quotidien des populations. Le pompage deau laide de

lnergie solaire photovoltaque est une solution bien adapte pour ces rgions. En effet, la

majorit de ces rgions sont trs ensoleilles et cette nergie a lavantage dtre prsente et

propre contrairement lnergie conventionnelle qui prsente les contraintes de lloignement

du rseau lectrique et les contraintes du transport du combustible et les entretiens priodiques

pour les moteurs diesels. Gnralement, les systmes de pompage photovoltaque sont

constitus dun gnrateur photovoltaque, un convertisseur du courant lectrique qui peut

tre un convertisseur DC/AC pour un moteur courant alternatif ou un convertisseur DC/DC

pour un moteur courant continu et dun groupe motopompe [17]. Ces systmes fonctionnent

au fil du soleil sans stockage lectrochimique. Leau ainsi pompe peut tre utilise

directement ou stocke dans un rservoir pour des utilisations ultrieures. Ce type de stockage

de leau est la solution la plus adopte par rapport au stockage lectrochimique dans des

batteries. Le gnrateur photovoltaque est responsable de la conversion instantane de

lnergie solaire en nergie lectrique grce leffet photovoltaque. Le gnrateur

photovoltaque est constitu de plusieurs modules photovoltaques relis en srie et en

parallle selon la puissance requise. La figure 1.6 prsente les diffrents lments constitutifs

dune installation solaire de pompage deau.


Figure 1.6 : Les lments dune installation de pompage photovoltaque

1.6.4.1 Configuration typique dun systme de pompage photovoltaque

Les lments d'un systme de pompage photovoltaque doivent tre conus pour

fonctionner comme un seul ensemble pour la maximisation des performances globales du

systme. Diffrentes solutions peuvent tre adoptes pour pomper un certain volume d'eau

une certaine hauteur en fonction des plages de puissance ncessaire dans une application

spcifique. Bien que les pompes sont installes en surface on bien flottante, la configuration la

plus commune est une pompe immerge install dans un trou de forage.

La configuration d'un systme de pompage PV est dtermine par la dfinition du type

de gnrateur photovoltaque, le type de pompe et de type moteur; ainsi que le type de

conditionnement de puissance. On peut distinguer les types de systmes de pompage

photovoltaques suivants:

1.6.4.1.1 Systmes de petite puissance (50-400W).

Dans ce type de systmes, il est utilis principalement un moteur courant continu

entranant une pompe centrifuge ou dplacement positif [18]. Entre le gnrateur PV et le

moteur/pompe on intercale un convertisseur DC/DC pour amliorer son adaptation [19]. Les

applications de cette configuration est gnralement destine au pompage des volumes deau

pouvant atteindre jusqu 150m3/Jour.

Les principaux constituants de ces systmes sont:

Le Gnrateur photovoltaque

le convertisseur DC/DC (facultatif)

Moteur courant continu

Pompe


Entrept de stockage (facultatif)

La figure (1.7) montre un schma synoptique de ce type de configuration,

Le systme de pompage PV moteur courant continu constitu d'un DC moteur et une

pompe. Les types de moteurs courant continu sont classs selon le champ d'excitation:

excitation spare (aimant permanent), des sries et des moteurs de drivation. Le choix d'un

moteur courant continu pour un systme de propulsion PV est conomique parce que le

pouvoir des panneaux photovoltaques en courant continu. En outre, les modules

photovoltaques produisent du courant continu, donc l'utilisation DC moteurs limine le

besoin de convertisseurs de puissance. [20], [21]

La figure 1.7 montre le schma simplifi d'un systme de pompage utilisant le moteur

courant continu. Le couplage est direct (sans stockage lectrique) avec optimisation du

gnrateur par un hacheur adaptateur de puissance command par son rapport cyclique.

L'installation ainsi dfinie ncessite une lectronique relativement simple mais prsente

l'inconvnient du moteur courant continu: un entretien rgulier.

Figure 1.7 : Systmes de petite puissance

1.6.4.1.2 Les systmes de moyenne puissance (400-1500 W)

Compos essentiellement d'une pompe immerge centrifuge entrane par un moteur

induction courant alternatif via un convertisseur DC/AC triphas travaillant frquence

variable, comme le montre la figure ci-dessous. Un convertisseur DC/DC est gnralement

intercal entre le gnrateur PV et le convertisseur DC/AC pour ladaptation dimpdance et

la recherche du point de puissance maximale (MPPT) [22]. Ces types de systmes sont

caractriss par leur haute fiabilit ainsi que de leur large utilisation depuis les premires


installations de pompage photovoltaque. Les volumes deau pouvant tre pomps varie entre

150 jusqu 1500 m3/Jour.

Figure 1.8 : Les systmes de moyenne puissance

Les lments cls de ces types de systmes sont :

Gnrateur photovoltaque

Le convertisseur DC/DC (MPPT)

Le convertisseur DC/ AC

Moteur AC

Pompe immerge

Entrept de stockage (facultatif)

1.6.4.2 Technologie des moteurs

On ce qui concerne la technologie des moteur, il y a trois types de moteur actuellement

utiliss pour des applications de pompage photovoltaques.

Moteur courant continue

Moteur courant continu aiment permanant sans balais.

Moteur courant alternatif.

1.6.4.2.1 Moteur courant continu

En termes de simplicit le moteur courant continu est une option attractive parce que

le gnrateur photovoltaque produit du courant continu, et moins d'quipement spcialis

sont ncessaire pour traitement de puissance.


Pour un moteur courant continu conventionnel les pertes d'nergie qui se produisant

dans les enroulements est lev, par consquence le rendement global est faible. Si des

aimants permanents sont utiliss pour produire le champ magntique, aucune puissance ne

sera consomme dans les bobines d'excitation et par consquent des rendements plus levs

seront obtenu. Cette augmentation de rendement est trs approprie aux systmes de pompage

photovoltaques. Le problme avec le moteur courant continu cest qu'il a besoin des balais

pour la commutation. Les balais se dtriorent avec le temps et doivent tre remplaces aprs

approximativement 1000 heures de l'opration [2], ce qui est trs incommode parce que ceci

signifie un supplment l'entretien et des cots.

Plusieurs travaux ont t raliss dont on peut citer quelques-uns: Appelbaum et Sarm

[5] ont examin le dmarrage dun moteur courant continu coupl avec une pompe et

aliment par des modules photovoltaques avec et sans suiveur de point de puissance

maximum. Alghuwainem [20] a tudi le fonctionnement, en rgime permanent, du moteur

excitation spar avec un convertisseur lvateur fonctionnant comme un suiveur de point de

puissance maximal (MPPT). Anis et al [23] ont trouv que la charge se compose du moteur

courant continu coupl avec une pompe volume constant considr comme une charge non

assorti pour les modules photovoltaques. Weigner et Al [24] ont tudi loptimisation du

rendement global dun systme de pompage photovoltaque bas sur un moteur courant

continu. Dans [25], Langridge et al ont tudi le fonctionnement d'un systme de pompage

photovoltaque direct bas sur un moteur courant continu sans balais conduisant une pompe

rotor hlicodal et la puissance maximale des modules est rendue disponible par une

commande approprie. La tension de rfrence des modules est base sur une fraction de la

tension circuit-ouvert. Les performances dynamiques dun moteur aimant permanant sans

balais aliment par des modules photovoltaques, ont t tudies par Swamy et al [26]. La

conception et la ralisation dun moteur sans balais pour les applications solaires, ont t

tudies par Azoui [27].

1.6.4.2.2 Moteur courant continu sans balais

Ces dernires annes, il y a eu une croissance rapide de l'utilisation du moteur courant

continu sans balais en tant que machine rotative pour les systmes de pompage

photovoltaques.

Un moteur courant continu sans balais est une machine lectrique tournante o le

stator est un stator classique triphas comme celui d'un moteur asynchrone et le rotor a les

aimants permanents monts extrieurs. cet gard, le moteur courant continu sans balais


est quivalant un moteur courant continu avec le commutateur sont invers o laiment

tourne tandis que les conducteurs restent stationnaires.

Dans les moteurs courant continu avec commutateur, la polarit du courant est chang

par les commutateurs est les balais. Par contre, dans le moteur courant continu sans balais

l'inversion de polarit est assure par les transistors de puissance commutant en

synchronisation avec la position de rotor. Donc, les moteurs courant continu sans balais

incorporent souvent les sondes de position internes ou externes pour sens la position relle

du rotor [28].

Le moteur courant continu sans balais ncessite une excitation avec un onduleur

triphas de frquence et amplitude variable. Londuleur est gnralement pour assurer la

commutation lectronique et la rgulation du courant [26], [27].

1.6.4.2.3 Moteur a courant alternatif

Les moteurs a courant alternatif comme le moteur asynchrone ; sont des moteurs sans

balais avec un rotor de construction robuste qui permet le fonctionnement fiable et sans

entretien. La simplicit de la construction du rotor a galement comme consquence la base

du prix du moteur et un rapport puissance /poids plus lev. C'est l'avantage principal des

moteurs asynchrone sur les moteurs courant continu et lun des raisons pour lesquelles ce

type de moteur est le plus utilis dans les systmes de pompage photovoltaques.

Nanmoins, le moteur induction sous sa forme standard, contrairement au moteur

courant continu, sont inconvenant majeur est d'tre inflexible dans la variation de vitesse. Ce

type de moteur courant alternatif tourne une vitesse lgerment infrieur la vitesse de

synchronisme et sa vitesse est dtermine par la frquence de source dalimentation et le

nombre de ples du stator. Donc une gamme de variation de la vitesse du moteur asynchrone

et seulement possible lorsque la frquence de la source dalimentation est possible. Cela

signifie que lutilisation du moteur asynchrone dans les applications photovoltaque de

pompage ncessite un circuit lectronique de commande frquence variable (onduleur) pour

commander la vitesse, et ceci ajoute un cot de plus au systme. Linclusion de londuleur

dans le systme permet des performances excellentes la vitesse de rotation du moteur.

Plusieurs systmes de pompage photovoltaques bass sur le moteur induction

aliments, soit par une source de tension ou source de courant ont t proposs: Altas et

Sharaf [29] ont appliqu la commande de la logique floue avec succs, pour rechercher le

point de puissance maximale dans les systmes de conversion d'nergie PV, et pour transfrer


le maximum de puissance disponible partir d'un GPV un moteur induction triphas

aliment par l'intermdiaire d'un onduleur PWM. Les rseaux de neurones ont t utiliss

galement pour rechercher la puissance maximale du GPV. Akihiro Oi [30] ont prsent une

tude permettant de montrer leffet de la MPPT sur lamlioration du rendement global du

systme de pompage photovoltaque, en utilisant divers algorithmes de MPPT et les mthodes

de contrle.

Benlarbi [31] a montr l'efficacit des techniques d'intelligence artificielle

comparativement aux mthodes classiques, en optimisant un systme de pompage de l'eau

entran par des moteurs courant alternatif AC et continu DC.

Le tableau 1.2 prsente quelques avantages et inconvnients des moteurs lectriques [3] :

Tableau 1.2 : rsume les avantages et les inconvnients des moteurs mentionner ci-dessus.

Type de moteurs Les avantages Les inconvnients

Moteur courant

continu

-Simple et efficace pour les

faibles charges.

-Ne ncessitant pas un

circuit de commande

compliqu

Les balais doivent tre

Remplac

priodiquement

Moteur courant

continu sans balais

Un bon rendement Ne

demande pas de

maintenance

La commutation

lectronique ajoute des

dpenses de plus et avec

le risque de dfaillance

Moteur courant

alternative

- De larges gammes

disponibles pour de larges

gammes de charge

-Moins cher que le moteur

courant continu

-Moins efficace que le

moteur courant continu

-Ncessits un onduleur

1.7 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons prsent les fondements de bases de lnergie solaire

photovoltaque en passant en revue la cellule photovoltaque qui est la base de la conversion de

lnergie rayonne par le soleil en lectricit. On a prsent galement les principaux applications

des systmes photovoltaques savoir : les systmes autonomes, les systmes connects au rseau

et enfin les systmes de pompage photovoltaque. Les schmas de principes de chaque type de

systmes est donne pour distinguer le principe de fonctionnement de chaque configuration.


Notre intrt cest port sur les systmes de pompage o nous avons pass en revue les

configurations adoptes afin de nous guider ultrieurement dans ltude que nous projetions de

mener dans ce mmoire. Une revue bibliographique sur les types des moteurs et de pompes est

galement reporte dans ce chapitre pour comprendre leurs fonctionnements dans un systme de

pompage photovoltaque.


Chapitre 02

Simulation des lments de

systme de pompage

photovoltaque


CHAPITRE 02

SIMULATION DES ELEMENTS

DE SYSTEME DE POMPAGE PV

2.1 Introduction

Les principales composantes dune chaine de pompage photovoltaque seront

modlises et simuls dans lenvironnement Matlab/Simulink savoir :

Le gnrateur photovoltaque

Le convertisseur Continu/Continu

Le moteur sans balais

La pompe centrifuge

Nous donnerons dans chaque section le modle adquat, son implmentation dans

lenvironnement Matlab/Simulink et en fin les rsultats de simulations.

2.2 Gnrateur photovoltaque

Lassociation de plusieurs cellules PV en srie/parallle donne lieu un GPV. Si les

cellules se connectent en srie, les tensions de chaque cellule sadditionnent, augmentant la

tension totale du gnrateur. Dune autre part, si les cellules se connectent en parallle, cest

lamprage qui augmentera [32].

2.2.1 Modlisation du gnrateur photovoltaque

Lutilisation de circuit lectrique quivalant permet de modliser les caractristiques de

la cellule PV (gnrateur photovoltaque lmentaire) [30]. Plusieurs modles mathmatiques

sont utiliss pour simuler le fonctionnement dun gnrateur photovoltaque. Ces modles se

diffrencient par la mthode de calcul et le nombre de paramtres intervenants dans la

caractristique courant-tension.

Dans notre cas, nous avons choisi un modle simple, appel modle quatre paramtres, o

les paramtres sont donns par le fabriquant. Cette mthode est implmente dans un

programme MATLAB et elle est aussi applicable pour la modlisation des modules PV [30].


2.2.1.1 Modle paramtres constants

Le modle quatre paramtres est un modle largement utilis pour la modlisation des

modules PV. Les courbes I-V globales obtenues par ce modle sont plus prcises. Ce modle,

comme le montre le circuit quivalant ci-dessous, est constitu dune source de courant

reprsentant le courant gnr par les photons du rayonnement solaire souvent appel (IL),

mise en parallle avec une diode et en srie avec une rsistance srie Rs. Le courant de sortie

(I) est constant lorsque la temprature et lirradiation sont constantes [30].

Les quatre paramtres apparaissant dans lquation de la caractristique I(V) sont:

IL : Le courant photonique.

I0 : Le courant de saturation inverse.

Rs: La rsistance srie.

Ces paramtres ne sont pas des quantits mesurables et ne sont pas gnralement inclus dans

les donnes des fabricants. Par consquent, ils doivent tre dtermins partir des systmes

des quations I(V) pour diffrents points de fonctionnement (donns par les fabricants).

Figure 2.1 : Modle quivalent dune photopile ou cellule photovoltaque.

Daprs la loi de Kirchhoff, le courant de sortie de la cellule est :

= (2.1)

Le courant de la diode est donn par lquation de Shockley:

= 0 [ (( + )

) 1] (2.2)

O:

n : Le facteur de dimension


k : La constante de Boltzmann ( = 1.381. 1023/)

q : La charge de llectron (191.602 10q C ).

Le courant inverse de saturation de la diode sexprime en fonction des caractristiques du

matriau et de la temprature comme suit [29]:

0 =

0 1

(2.3)

La rsistance srie influe largement sur la pente de la courbe des caractristiques I-V au

voisinage de V0C. Elle peut tre calcule par la formule suivante:

=

0(

+

)

(2.4)

Les quatre paramtres inconnus son IL, I0, n et Rs ou avec prcision les paramtres aux

conditions de rfrence. Alors que Rs et n sont supposs tre constants, IL est en fonction de

lclairement et de la temprature des cellules et I0 est en fonction de la temprature

seulement. Cette dernire peut tre dtermine partir de la temprature ambiante et avec

l'aide des donnes des essais standard fournies par les fabricants.

2.2.1.2 Rsolution de l'quation caractristique I(V)

La mthode de Newton-Raphson est lune des mthodes les plus utilises pour la

rsolution des quations non linaires, car la solution de lquation non linaire par cette

mthode converge rapidement [30].

La mthode de Newton est dfinie par:

+1 = ()

()

(2.5)

O :

f(x) : est la drive de la fonction f(x)=0.

Avec : xn : est la valeur prsente et xn+1: est la valeur suivante.

2.2.2 Caractristiques principales du gnrateur photovoltaque

Pour raliser cette modlisation, nous avons utilis MATLAB comme outil de test et de

simulation. Nous avons choisi le modle photovoltaque Shell SP 75. [30].


Le module est compos de 36 cellules solaires multi cristallines en silicone connectes en

srie pour produire une puissance maximale de 75 W.

2.2.2.1 Caractristiques Courant-Tension

La caractristique principale du gnrateur photovoltaque est la caractristique I-V qui

montre comment un gnrateur photovoltaque rpondra toutes les charges possibles sous un

ensemble particulier des conditions densoleillement et de temprature (figure 2.2). Il y a

trois points importants dans cette courbe:

Le point de fonctionnement optimal auquel le gnrateur fournit sa puissance

maximale (point 5).

Le point o la tension est gale zro et le courant est en maximum (courant de

circuit-court, point 4).

Le point o le courant est gal zro et la tension est en maximum (tension de circuit

ouvert, point1).

Egalement la caractristique I-V peut tre divise en trois gammes:

Une gamme o le gnrateur est considr comme une source de tension (1-2).

Une gamme o le gnrateur est considr comme une source de courant (3-4).

Une gamme o ni la tension ni le courant ne sont constants (2-3).

Figure 2.2 : Caractristique I(V) d'un gnrateur photovoltaque


2.2.2.2 Caractristique Puissance-Tension

La puissance dbite par le gnrateur photovoltaque dpend du point de fonctionnement de

cette dernire; cest le produit de lintensit de courant et de la tension entre ses bornes

(Figure 2.3). Le point Pm reprsente la puissance maximale dbite par le gnrateur

photovoltaque.

Figure 2.3 : Caractristiques P (V) d'un gnrateur photovoltaque

Lirradiation standard, internationalement accepte, pour mesurer la rponse du gnrateur

photovoltaque est une intensit rayonnante de 1000 W/m et une temprature de 25C.

2.2.2.3 Effet de lclairement

Laugmentation de lclairement est directement proportionnelle lintensit du courant de

court-circuit. Par contre, la tension en circuit ouvert ne varie pas dans les mmes proportions,

elle reste quasiment identique mme faible clairement.

Figure 2.4 : Influence de lclairement sur les caractristiques lectriques P-V


2.2.2.4 Influence de la temprature

La temprature est un paramtre important dans le comportement du gnrateur

photovoltaque. La figure (2.5) montre que laugmentation de la temprature entrane une

diminution nette de la tension de circuit ouvert et une augmentation du courant de court-

circuit, ainsi quune diminution de la puissance maximale

Figure 2.5: Influence de la temprature sur les caractristiques lectriques P-V

2.2.2.5 Influence de la rsistance srie

La figure (2.6) montre l'influence de la rsistance srie sur la courbe I(V). Un gnrateur

photovoltaque qui se traduit par une diminution de la pente de la courbe de puissance P(V)

dans la zone ou le gnrateur photovoltaque fonctionne comme gnrateur de tension

constante.

Figure 2.6: Influence de la rsistance srie sur les caractristiques lectriques I(V) et P(V).


2.2.2.6 Influence du facteur de qualit

Laugmentation du facteur didalit de la diode influe inversement sur la zone ou le point de

puissance maximale et cela se traduit par une baisse de puissance au niveau de la zone de

fonctionnement.

Figure 2.7 : Influence du facteur de qualit pour un G=1000W/m et T=25C

2.2.3 Interprtations des Rsultats

La figure (2.4) montre linfluence de lclairement sur la caractristique I(V). A une

temprature constante, on constate que le courant subit une variation importante, mais par

contre la tension varie lgrement. Car le courant de court-circuit est une fonction linaire de

lclairement alors que la tension de circuit ouvert est une fonction logarithmique.

La figure (2.5) montre linfluence de la temprature sur la caractristique I(V). Il est

essentiel de comprendre l'effet de changement de la temprature d'une cellule solaire sur la

caractristique P(V). Le courant dpend de la temprature puisque le courant augmente

lgrement mesure que la temprature augmente, mais la temprature influe ngativement

sur la tension de circuit ouvert. Quand la temprature augmente la tension de circuit ouvert

diminue. Par consquent la puissance maximale du gnrateur subit une diminution.

2.2.4 Rendement

Le rendement d'un gnrateur PV est dfini comme tant le rapport entre la puissance

lectrique fournie (puissance que l'on peut extraire au point optimum) la puissance du

rayonnement d'incident [1]:

=

(2.6)


O : surface effective de gnrateur en 2.

2.2.5 Facteur de forme

On identifi le facteur de forme, par le rapport de la puissance maximum au produit de

courant de court-circuit et de la tension du circuit ouvert [1] :

=00

0

(2.7)

2.2.6 Fonctionnement optimal du gnrateur

Le point de fonctionnement du gnrateur est dfini par l'intersection de sa

caractristique lectrique avec celle de la charge. Seule une charge dont la caractristique

passe par le point (Vopt, Iopt) permet d'en extraire la puissance optimale disponible dans les

conditions considres et l'impdance statique optimale de charge vaut alors Ropt=Vopt/Iopt.

L'utilisation optimale du gnrateur consiste alors ce que sa charge conserve chaque

instant les valeurs optimales Ropt lorsque les conditions varient : il y a donc lieu d'effectuer

en permanence l'adaptation d'impdance ncessaire. [33]

2.3 Convertisseurs DC-DC

Le convertisseur DC-DC est lorgane qui doit forcer le GPV a fonctionn dans son point

de puissance optimale via lalgorithme dextraction du MPP. En effet lalgorithme MPPT fixe

la tension de rfrence qui est la tension optimale ou le GPV travail son maximum de

puissance. Ainsi un rapport cyclique D est calcul afin de commander le convertisseur DC-

DC.

2.3.1 Hacheur lvateur [34]

Un tel convertisseur (figure 2.8) permet de fixer une tension moyenne rglable Vsmoy

aux bornes de la source I tel que Vsmoy > V.

La structure du hacheur lvateur (BOOST) est constitue d'une seule cellule de

commutation, ainsi que reprsente par la figure 2.8. Celle-ci comporte deux interrupteurs

commutation complmentaire. Le premier interrupteur est compltement commandable

(Transistor Th) en parallle avec la source de courant dentre (I) constitu dune source de

tension (V) en srie avec linductance (Le). Le deuxime interrupteur est commutation

naturelle (Diode D) en srie avec la source de tension de sortie (VS) constitue dune

rsistance (Rch) en srie avec le condensateur (CS).


Figure 2.8: Hacheur lvateur

Les expressions de la valeur moyenne de la tension de sortie du hacheur ainsi que la valeur

moyenne du courant dentre du hacheur sont donnes par [1]:

= 1

1

(2.8)

= (1 ) (2.9)

2.3.3 Avantage du convertisseur lvateur

Malgr le rendement inhrent lev du convertisseur BUCK dans les systmes avec des

sources de puissance conventionnelles, le convertisseur BOOST peut tre plus appropri aux

systmes photovoltaques avec le suiveur du point de puissance maximale (MPPT), puisque le

convertisseur fonctionne au mode de courant continu extrayant autant de puissance que

possible partir des cellules solaires. Par consquent le rendement nergtique du

convertisseur BOOST peut tre plus grand que le convertisseur BUCK. [3]

2.4 Modlisation et commande du Moteur courant continu sans balais

2.4.1 Moteur courant continu sans balais

De nos jours les moteurs aimant permanent sans balais courant continu (PMBLDC)

sont de plus en plus populaires. Le moteur sans balais est ainsi devenu la solution idale pour

les applications daujourdhui, de plus en plus exigeantes en termes de dure de vie et de

fiabilit, dencombrement et de poids, de consommation lectrique (rendement), de faible

niveau sonore et de variation de dbit (asservissement).[35], [36].


Figure 2.10 Moteur courant continu sans balais

2.4.2 Principe de fonctionnement de Moteurs PMBL.

Thoriquement, la machine PMBLDC / AC fonctionne sur le mme principe que celui

de la machine courant continu conventionnel, sauf que son collecteur est remplac par un

commutateur lectronique. Si l'on considre les gnratrices courant continu

conventionnelles relies en parallle un rseau courant continu [35], [36].

Figure 2.11: Constitution du Moteur BLDC

2.4.3 Caractristique du PMBLDC

Les moteurs BLDC ont de nombreux avantages par rapport aux moteurs courant continu

bross et des moteurs induction. Quelques-uns d'entre eux sont :

Meilleure vitesse par rapport la rponse de couple

Circuit de commande


Rponse dynamique leve

Haute efficacit

dure de vie longue

Fonctionnement silencieux

En outre, le rapport du couple dlivr la taille du moteur est plus lev, ce qui est utile

dans les applications o l'espace et le poids sont des facteurs critiques. Idalement, les

moteurs BLDC ont des FEMs de forme d'onde trapzodale et sont nourris avec des courants

du stator rectangulaires, qui donnent un couple thoriquement constant. [35], [28].

2.4.4 Capteurs effet Hall

Contrairement un moteur courant continu balay, la commutation d'un moteur

BLDC est commande lectroniquement. Pour faire tourner le moteur BLDC, les

enroulements de stator doivent tre activs dans une squence. Il est important de connatre la

position du rotor afin de comprendre ce qui enroulement sera mis sous tension aprs la

squence d'excitation. La position du rotor est dtecte en utilisant des capteurs effet Hall

intgrs dans le stator. La plupart des moteurs BLDC ont trois capteurs de Hall intgrs dans

le stator sur le ct oppos l'entranement du moteur. [28], [37] Chaque fois que les ples

magntiques du rotor passent prs des capteurs effet Hall, ils donnent un signal haut ou bas,

indiquant le N ou le ple S passant proximit des capteurs. Sur la base de la combinaison de

ces trois signaux de capteurs de hall, la squence exacte de commutation peut tre dtermine

[38].

Figure 2.12 : Capteur effet hall

2.4.5 Modle mathmatique du Moteur BLDC

Les quations lectriques qui rgissent le fonctionnement du moteur BLDC sont donnes par

les quations suivantes [37], [39].


= [] +

(2.13)

= [] + (2.14)

O :

, et sont des vecteurs reprsentant la tension, le courant et le flux magntique pour

chaque phase respectivement.

: est le vecteur du flux magntique cr par laimant permanent;

[R] et [L] sont les matrices rsistances et inductances de la machine donnes par les matrices

2.15 et 2.16.

[] = [ 0 00 00 0

] (2.15)

[] = [

] (2.16)

Les variables dtats sous forme matricielle sont donnes; ci-aprs

= [

] , = [

] , = [

] , = [

] = [

0

0 ( + 2/3)

0 ( 2/3)] (2.17)

O

0: Lamplitude du flux magntique cr par laimant permanent et : langle lectrique

Alors:

= [] +

([] + ) (2.18)

= [] +

([] ) +

(2.19)

=

(2.20)

O


Ep: reprsente la force lectromotrice.

Pour un enroulement triphas symtrique et un systme quilibr (figure. 2.13), le vecteur des

tensions aux bornes des trois phases est donn par:

[

] = [ 0 00 00 0

] [

] +

[

] [

] + [

] (2.21)

Figure 2.13 Modle lectrique simplifi du BLDC

La position lectrique du rotor se dduit directement de la position mcanique du rotor r

mesure par le capteur) par:

= (2.22)

O

P : est le nombre de paires de ples du moteur, par consquent, lexpression de la vitesse

lectrique est donne par :

=

=

=

(2.23)

Les inductances et les mutuelles sont constantes pour les aimants permanents monts sur la

surface du rotor cylindrique, lorsque les enroulements sont symtriques, les inductances

propres sont identiques; donnes par:

= = = (2.24)

Et les inductances mutuelles sont galement identiques; donnes par:

= = = = = = (2.25)


Les quations sous la forme matricielle ; exprime par :

[

] = [ 0 00 00 0

] [

] +

[

] [

] + [

] (2.26)

Puisque les enroulements du stator sont coupls en toile, la somme des trois courants de

phase est nulle:

+ + = 0 (2.27)

Alors :

+ = (2.28)

Par consquent, la tension prend la forme suivante [39], [40]:

[

] = [ 0 00 00 0

] [

] +

[ 0 0

0 00 0

] [

] + [

] (2.29)

O

= () la force lectromotrice de la phase a

= () la force lectromotrice de la phase b

= () la force lectromotrice de la phase c

(2.30)

Avec:

Ke: est le coefficient de la force lectromotrice fa(), fb() et fc() sont des fonctions

dpendant uniquement de la position du rotor [41].

2.4.5.2 La Force lectromotrice

La force lectromotrice induite est dtermine par la position angulaire de laimant, cest

dire du rotor, il est trs important de remarquer que la valeur crte de la FEM est directement

proportionnelle la vitesse angulaire instantane du rotor [42] [43]:

= (2.31)

Les formes typiques des FEMs induites et des courants dans les trois phases sont illustres par

la figure 2.14:


Figure 2.14 : Formes typiques des courants et des FEMs

2.4.5.3 Lquation Mcanique du Mouvement

Le modle mcanique du moteur BLDC est donn par lquation 2.32 :

= (2.32)

O :

wr : est la vitesse angulaire en rad/s;

Ce: est le couple lectromagntique dvelopp en N/m ;

Cr: est le couple de charge en N/m ;

f : est le coefficient de frottement en N.(m/rad).s-1

2.4.5.3.2 Couple lectromagntique

Le couple lectromagntique dvelopp par le moteur BLDC est donn par [37], [39] :

= + +

(2.33)

2.4.5.4 Modle de lensemble Machine-Commutateur Electronique

Comme mentionn prcdemment, le moteur BLDC ncessite un commutateur

lectronique pour assurer lalimentation successive des enroulements. Le schma de principe

de ce commutateur lectronique est donn par la figure 2.15 [45] [44].

Phase b

Phase c

0 60 120 180 240 300 360

Phase a FEM ea

Courant ia

Les

co

ura

nt

et le

s F

EM

s

Angle

lectrique


Figure 2.15 : Ensemble moteur-commutateur.

Nous supposons que :

les trois phases du moteur sont entirement symtriques et produisent des FEMs induites

priodiques de formes trapzodales ;

le temps de commutation entre les phases est spar avec 60 lectrique [39], [46];

Les squences de commandes des diffrents interrupteurs de commutateur lectronique sont

assures par les signaux de position du rotor donns par le capteur effet hall (voir figure

2.16 ci-dessous) [39], [46].

Figure 2.16 : Signaux effet hall

Les expressions des FEMs induites dans chaque phase du moteur sont rsumes dans le

tableau 2.1

Trois phases de la machine

Vn

R

R

R

L

L

L

ea

eb

ec

Commutateur de puissance

u

T3

T3 D3

T2 D2

T2 D2

T1 D1

T1 D1

3 1 6 2 4 5 6

t

t

t

t

t

t

180 180 Signaux HALL

HALL a

HALL b

HALL c

Courant

Phase a

Phase b

Phase c


Tableau (2.1) : Expressions des FEMs des 3 phases ea, eb, ec sur une priode

()

(0

3) (6 /) +

(

3

2

3)

(6 /) 3

(2

3 )

(6 /) + 5

( 4

3)

(6 /) 7

(4

3

5

3)

(6 /) + 9

(5

3 2)

(6 /) 11

2.4.5.5 techniques de commande

Pour imposer des courants rectangulaires dans les enroulements de la machine, nous

choisissons la commande 120 utilisant un rgulateur hystrsis. [45]

Le principe de cette commande consiste imposer des courants rectangulaires au

plateau de largeur 120 lectriques et damplitude (I*) en phase avec les FEMs de phase

correspondantes [39], [46].

On distingue six intervalles de 60 lectriques (appels secteurs) de fonctionnement selon la

position du rotor. Ces positions sont dtectes par les signaux fournis par le capteur effet

hall. Dans chaque secteur, uniquement deux phases de la machine sont alimentes, except

durant les commutations. [47], [46], [39]

2.4.5.6 le courant de rfrence

L'amplitude du courant de rfrence (I*) est dtermine partir du couple de rfrence [46],

[45].

= / (2.34)

Selon la position du rotor, les courants qui devraient circuler dans les phases,( ,

, ) sont

donns dans le tableau (2.2) ; ci-aprs :


Tableau (2 .2) : Les courants de la rfrence

Signal de position du rotor

0 60 0

60 120 0

120 180 0

180 240 0

240 300 0

300 360 0

2.4.6 Description du systme de commande du moteur

La conception dun contrleur classique (par exemple un PI) prconise la connaissance

prcise du modle du systme contrler. Les valeurs dentre doivent tre mesures avec

exactitude afin dviter les erreurs, contrairement au contrleur flou qui ne demande aucune

de ces deux spcifications. La connaissance du modle mathmatique du processus nest pas

ncessaire. [47]

Le modle du moteur dentranement doit tre connu pour mettre en uvre un systme

efficace de contrle. En outre, le contrleur de logique floue (FLC) a t utilis pour analyser

les commandes du moteur.

Le systme de commande propos, qui contient deux boucles, est reprsent sur la figure

(2.17). La premire boucle est la boucle de rgulation du courant qui accomplit un contrle de

couple du moteur BLDC et la deuxime boucle est la boucle de rgulation de vitesse qui rgle

la vitesse du moteur BLDC.

Figure 2.17 : schma structurelle du moteur BLDC avec sa commande


2.4.6.1 Logique floue, principes et dfinitions.

La logique floue repose sur la thorie des ensembles flous dveloppes par Zadeh .A

ct d'un formalisme mathmatique fort dvelopp, nous prfrons aborder la prsentation de

manire intuitive.

Les quelques points de repres historiques suivants permettent de situer dans le temps le

dveloppement de la logique floue et ses applications au rglage. En 1973 Lotfi propose

dappliquer la logique aux problmes de rglage des processus. En 1974, premire application

du rglage par logique floue applique une turbine vapeur. En 1975, E. H Mamdani

exprimente un rgulateur flou quil perfectionne au cours des annes suivantes. En 1985 M.

Sugno dcrit des applications industrielles possibles en rgulation floue, tel que les premiers

produits industriels utilisant le principe de la logique floue applique des problmes de

rglage et de commande. En 1995 J. S. R Jang largit logique floue aux systmes rseaux

de neurones et lintelligence artificielle. [48], [46]

2.4.6.2 Ensembles floues

Si on dsigne par A un ensemble flou dans un univers de discours U, cet ensemble flou

est caractris par une fonction dappartenance A(X), qui prend des valeurs dans lintervalle

[0 1]. Un ensemble flou est une gnralisation dun sous-ensemble ordinaire dont sa fonction

dappartenance prend les deux valeurs 0 ou 1.

La fonction dappartenance fournie une mesures du degr quun lment de U soit un lment

dun sous-ensemble flou [46], [49].

Un ensemble flou A peut tre prsent comme un ensemble de paires ordonnes de

llment gnrique X et son niveau (degr) dappartenance:

= {(, ())/ } (2.35)

Quand lunivers de discours U est un ensemble continu (exemple : nombres rels), le sous-

ensemble floue A est crit comme suit :

= ()/ (2.36)

Quand U est discret, A scrit comme suit :

= ()/ (2.37)


2.4.6.3 Operateurs de la logique floue

Dans la thorie des ensembles classiques, on utilise dfrentes oprations tel que

complments union, intersection, les mmes oprations sont galement dfinies dans la

thorie des ensembles flous. Donc, la valeur sur lintervalle [0 1]. Ces oprations ne peuvent

pas tre dfinies de la mme manire que celles des ensembles classiques. Il existe de

nombreuses variantes dans ces operateurs. Cependant les plus rpandus sont ceux dites de

dcrites ci-dessus.

On dfinit l'union et l'intersection de deux ensembles flous A et B, comme

respectivement le plus petit ensemble flou contenant A et B, et le plus grand ensemble

flou contenu dans A et dans B d'autre part. En dautres termes:

= (, )

= (, )

Le complmentaire d'un ensemble flou A dans un ensemble de rfrence E est

naturellement dfini par la relation (nous utiliserons le symbole de ngation ) :

= 1

2.4.6.4 rgles floues

Loutil le plus utilis dans la logique floue est la base des rgles floues. Une base des

rgles floues est compose de rgles qui sont gnralement de type:

Opration: Si Condition Et Condition, Alors Consquence.

Les infrences avec plusieurs rgles sont caractrises par le fait qu'en gnral plusieurs

rgles sont (plus ou moins) simultanment vrifies. L'opration qui doit tre effectue doit

tenir compte des diffrentes conditions et s'obtient par les rgles de calcul de la logique floue.

2.4.6.5 mcanismes dinfrence floue

Une base de rgles floues comprend donc les rgles linguistiques qui font appel des

fonctions dappartenances. Le mcanisme dinfrences comprend les tapes suivantes:

Fuzzification : la fuzzification permet de transformer les variables rels numriques

dentres, en variables floue. Cette premire tape consiste dterminer le degr

dappartenance de chaque variable dentre chaque tat (aprs la dfinition des

entres et sorties). Celui-ci dtermin laide des fonctions dappartenance dfinie

dans le systme (projection des variables physique sur des ensembles floue). Dons la


fuzzification consiste valuer les fonctions dappartenance utilises dans les

prdicats des rgles.

Dgre dactivation : le dgre dactivation dune rgle est lvaluation des prdicats

de chaque rgle par combinaison logiques des propositions du prdicat.

Implication : le dgre dactivation de la rgle permet de dterminer la conclusion de

la rgle, cest limplication. Il existe plusieurs operateurs dimplication, mais la plus

utilise est le minimum. Lensemble de conclusion est construit en ralisant le

minimum entre le degr dactivation et la fonction dappartenance.

Agrgation : Lensemble flou global de sortie est construit par agrgation des

ensembles flous obtenus par chacun des rgles concernant cette sortie. Les rgles sont

lies entre eux par un oprateur logique on calcule donc le maximum entre la

fonction dappartenance rsultant de chaque rgle.

Dfuzzification : la fin de linfrence, lensemble flou de sortie est dtermin mais il

nest pas directement utilisable pour donner une information prcise loperateur ou

commander un actionneur. il est ncessaire de passer dune valeur floue une valeur

numrique, cest la dfuzzification. Il existe plusieurs mthodes, les mthodes les plus

souvent rencontres tant le calcul du centre de gravit. La mthode du centre de

gravit est une des mthodes les plus mentionnes dans la littrature.

2.4.7 Conception du contrleur flou (FLC)

Le schma de principe du FLC deux entres et une sortie (u) est illustr sur la figure

(2.18) L'erreur est calcule en soustrayant la vitesse de rfrence partir de la vitesse relle

du rotor de la manire suivante [49]:

= (2.38)

Ou :

E : est l'erreur, Wref : est la vitesse de rfrence, et W: est la vitesse relle du moteur.

La variation de l'erreur est calcule par l'quation 2.39, o E [n-1] est la valeur d'erreur

prcdente.

= () ( 1) (2 .39)


Figure 2.18 : Structure du contrleur flou

2.4.7.1 La stratgie de fuzzification

Il sagit du choix des formes des fonctions dappartenance, et leur rpartition sur

lunivers de discours. Dans notre cas, nous savons choisi de travailler sur des univers des

discours normalis [-1 1], partitionns en sept classes (sous ensemble flous) pour les entres

et pour la sortie.

La forme la plus utilise dans la commande floue est la forme triangulaire, pour cela

nous utiliserons des fonctions dappartenance triangulaire.

Figure 2.19: partition des entres et de la sortie du contrleur flou(fonction dappartenances)

2.4.7.2 Etablissement des rgles dinfrence

Nous savons utilis une base des rgles que lon trouve dans la plupart des applications

ou la dynamique du systme tudier prsente une certaine symtrie autour dun certain tat

stable. Le tableau suivant reprsente les rgles de ce rgulateur.

E & E


Table(2.3) : les regles de regulateur flou [46]

2.4.7.3 La stratgie de dfuzzification

En cette tape (la dfuzzificaion), une valeur relle de la variable de sortie est obtenue

en employant la mthode du centre de gravit.

2.4.8 Rsultats de simulation

2.4.8.1 Rsultats sans rgulation

Figure 2 .20.a: la vitesse du rotor

Figure 2.20.b: Le couple

lectromagntique

0 0.1 0.2 0.3-1000

0

1000

2000

3000

temps(s)

la v

ite

sse

(tr

n/m

in)

0 0.1 0.2 0.3-5

0

5

10

15

20

Temps(s)

Ce

m(N

.m)


Figure 2.20.c: les courants des phases

Figure 2.20.d: les fems induites

2.4.8.2 Rsultats de simulation de PMBLDC avec contrleur flou

Figure 2.21.a: la vitesse du rotor Figure 2.21.b: le courant maximal

0 0.1 0.2 0.3-40

-20

0

20

40

Temps(s)

Le

s c

ou

ran

ts d

es p

ha

se

s(A

)

0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 0.042 0.044 0.046 0.048 0.05-6

-4

-2

0

2

4

6

Temps(s)

Les c

oura

nts

de p

hases(A

)

0 0.1 0.2 0.3-200

-100

0

100

200

Temps(s)

Le

s F

EM

s in

du

ite

s(V

)

0.05 0.051 0.052 0.053 0.054 0.055 0.056 0.057 0.058 0.059 0.06

-150

-100

-50

0

50

100

150

Temps(s)

Les f

em

s(V

)

0 0.1 0.2 0.3-1000

0

1000

2000

3000

4000

Temps(s)

La

vite

sse

(tr

n/m

in)

0 0.1 0.2 0.32

4

6

8

10

12

14

Temps(s)

Ima

x(A

)


Figure 2.21.c: les courants des phases

Figure 2. 21. d: Le couple lectromagntique

2.4.8.3 Interprtation

La figure (2.21) montre les rponses dynamiques de la vitesse, le courant, du couple et

dImax, respectivement. La valeur de rfrence du courant maximal (Imax) est calcule

partir de la rfrence du couple constant gnr, par consquent, il est utilis dans le bloc de

commande d'hystrsis.

Sur la figure (2.20.c), le courant de phase qui est dabord prsent sans rgulation ou le

courant prsente des grandes ondulations. Ces dernires sont dues aux changements des

squences aprs un rgime transitoire. Le courant dans ce cas atteint une valeur de 20A puis

diminue en stabilisant la valeur 4.4 A .Avec le rgulateur flou, le courant se stabilise auteur

dune valeur de rfrence 4A. La rponse du systme est plus rapide.

0 0.1 0.2 0.3-20

-10

0

10

20

Temps(s)

Le

s c

ou

ran

ts d

es p

ha

se

s(A

)

0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04 0.042 0.044 0.046 0.048 0.05-15

-10

-5

0

5

10

15

Temps(s)

les c

oura

nts

des p

hases(A

)

0 0.1 0.2 0.30

2

4

6

8

10

Temps(s)

Ce

m(N

.m)


Les courants de phase rels obtenus par l'algorithme de commande d'hystrsis sont

synchroniss avec leurs homologues des formes d'onde de la FEM. Les formes des FEMs

gnres en fonction de la position du rotor sont montres dans la figure (2.20.d)

Le couple suit le couple rsistant applique. On voit sur la figure (2.20.b) les

ondulations du couple autour de la valeur 2 N.m. Leffet du rgulateur flou sur la rponse

figure (2.21.d) est bien clair. Le systme devient plus rapide.

La vitesse sans rgulation. Les oscillations au niveau du cette dernire sont trs claire.

Elles sont dues aux squences de commutation. La vitesse atteint sa valeur nominale 300

(rad/sec).

Les oscillations sont disparu la vitesse suit celle de la rfrence 314(rad/ses). Le temps

de mont est de 0.005s plus rapide que le prcdent (0.01s). Avec absence de dpacement

pour le rgulateur flou.

Le rglage de la vitesse du moteur BLDC a montr que la commande par la logique

floue assure des bonnes performances dans le cas dune prsence des perturbations externes.

2.5 Les pompes

2.5.1 La pompe centrifuge

La pompe centrifuge est conue pour une hauteur manomtrique totale relativement

fixe. Le dbit de cette pompe varie en proportion de la vitesse de rotation du moteur. Son

couple augmente trs rapidement en fonction de cette vitesse et la hauteur de refoulement est

fonction du carr de la vitesse du moteur. La vitesse de rotation du moteur devra donc tre

trs rapide pour assurer un bon dbit.

La puissance consomme, proportionnelle Q * HMT, variera donc dans le rapport du

cube de la vitesse. On utilisera habituellement les pompes centrifuges pour les gros dbits et

les profondeurs moyennes ou faibles (10 100 mtres). [50], [2]

2.5.2 Caractristiques de la pompe centrifuge

2.5.2.1 La courbe dbit-hauteur

La courbe dbit hauteur, ou courbe Q-H, exprime les variations des diffrentes hauteurs

de relvement en fonction du dbit. Le fonctionnement dune pompe centrifuge met en jeu

trois (03) paramtres, la hauteur, le dbit et la vitesse:


En prenant comme paramtre la vitesse de rotation du moteur, le modle utilis est identifi

par lexpression de PELEIDER-PETERMAN . [51]

= 12 2 3

2 (2.40)

Figure 2.22 : Courbes Q-H pour diffrentes hauteurs et vitesses

Une pompe est une machine qui fournit de lnergie un fluide en vue de son

dplacement dun point un autre. Lexpression gnrale de la puissance hydraulique en Watt

est donne comme suit [52]:

= (2.41)

Lautre expression considrer est celle de la puissance en Watt absorbe par une

pompe, cest dire la puissance ncessaire pour son entranement mcanique, qui est

exprime par :

= 9.81 (2.42)

O p: est le rendement de la pompe et la masse volumique de leau (1000 kg /m3).

2.5.2.2 Courbe du rendement

Pour les groupes lectropompes (pompe + moteur), les fabricants donnent gnralement

la courbe du rendement global, comme on peut tracer la courbe de rendement hydraulique en

utilisant la formule:

=

(2.43)

Gnralement le rendement maximal du groupe motopompe ne dpasse pas 70 %.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

x 10-3

-5

0

5

10

15

20

25

Q(m3/s)

H(m

)

wn

0.9wn

0.8wn

1.1wn


Figure 2.23: Rendement de la pompe centrifuge.

2.6 Conclusion

Dans ce chapitre, le comportement lectrique du module, gnrateur et cellule solaire

photovoltaque, Les simulations des caractristiques principales du gnrateur photovoltaque

sont prsentes.

Aussi nous avons aborde le systme Motopompe, commencer par la modlisation de

la PMBLDC en se basant sur les quations lectriques et mcaniques qui rgissent le

comportement de la machine,

On a prsent la commande floue de la machine courant continu sans balais aimant

permanent (PMBLDC), et consacr la pompe centrifuge, pour dterminer la marge

admissible pour le fonctionnement du groupe motopompe.

Le gnrateur photovoltaque(GPV) et son influence par la temprature et lclairement,

la ncessit dun convertisseur DC /DC entre un GPV et une charge pour la poursuite du point

de puissance maximum, et lalgorithme MPPT, font lobjet du chapitre suivant.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

x 10-3

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Debit(m3/s)

le r

endem

ent

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Mémoire · 2014-10-15 · 1.6 Applications des systèmes photovoltaïques………………………………………… ... 4.5 Application de la logique floue ... Effet de la