Poursuite du point de puissance maximale d’un système ...· La seconde étape est consacrée à

Revue des Energies Renouvelables Vol. 16 N3 (2013) 485 498

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Poursuite du point de puissance maximale dun systme

photovoltaque par les mthodes de lincrmentation

de conductance et la perturbation & observation

N. Aouchiche 1*

, M.S. At Cheikh 2 et A. Malek

1

1 Division Energie Solaire Photovoltaque

Centre de Dveloppement des Energies Renouvelables, CDER

B.P. 62, Route de lObservatoire, Bouzarah, 16340, Algiers, Algeria 2 Dpartement dElectronique, Ecole Nationale Polytechnique

Avenue Hassen Badi, El Harrach, Algiers, Algeria

(reu le 10 Mai 2013 accept le 30 Septembre 2013)

Rsum - Ce travail a pour but dtudier le comportement des composants de la chane

photovoltaque. Le type de convertisseur, utilis dans le systme, est un hacheur

lvateur. Les mthodes de poursuite du point de puissance maximale MPPT

slectionnes pour la simulation, sont lincrmentation de la conductance et la mthode

perturbation et observation P&O. Une partie de ce travail consiste effectuer une tude

thorique des composants constituant le systme photovoltaque global savoir: le

module photovoltaque, le hacheur, et le rgulateur MPPT. La seconde tape est

consacre la simulation du systme photovoltaque, sous diffrentes conditions

atmosphriques.

Abstract - This work aims to study the behavior of the component elements photovoltaic

chain. The type of converter used in the system is a lift chopper. The type of converter

used in this photovoltaic system is a boost converter. The Methods for the pursuit of point

of maximum power MPPT, selected for the simulation are incrementing the conductance

method Inc-cond and perturbation and observation P & O method. Part of this work is

to perform a theoretical study of the components comprising the overall PV system

including: photovoltaic module, converter, and the MPPT controller. The second step is

devoted to the simulation of photovoltaic system under different atmospheric conditions.

Mots cls: Modules photovoltaques MPPT - Convertisseur lvateur - P&O - Inc-

Cond.

1. INTRODUCTION

La consommation mondiale en matire dnergie est assure essentiellement par les

nergies non renouvelables. Du au fait que celles-ci sont puisables, des stratgies

nergtiques sont mises en uvre, visant augmenter lefficacit des systmes

lectriques, viter le gaspillage mais galement se tourner vers les nergies

renouvelables (hydraulique, vent, solaire, houle, biomasse, gothermie, mare). De

nombreux pays se sont lancs rcemment dans des programmes de dveloppement des

gnrateurs oliens et photovoltaques.

Ce travail a pour objectif de concevoir un banc dessai photovoltaque. Ce dernier

est conu principalement autour dun convertisseur lvateur de tension statique DC/DC

(Boost), qui relie le module photovoltaque la charge. La commande, de la recherche

* Aouch2@yahoo.fr

N. Aouchiche et al.

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de point de puissance maximale choisie, maximise la puissance de sortie de ce

gnrateur, pour diffrentes conditions de lclairement ou de la temprature.

Dans une premire tape, un rappel sur le systme photovoltaque au complet, ainsi

que ses caractristiques et son fonctionnement est prsent. Un aperu prcis sur les

rgulateurs et les convertisseurs est effectu. La seconde tape est consacre la

description des mthodes de poursuite du point de puissance maximale, choisies pour la

simulation. Ensuite, des rsultats de simulations sont prsents, effectues avec le

logiciel Matlab/Simulink, avec les mthodes choisis, lIncrmentation de la

Conductance Inc-Cond, et la mthode Perturbe & Observe, P & O.

2. LA CHAINE DE CONVERSION PHOTOVOLTAQUE

2.1 Gnrateur photovoltaque

Cest un dispositif qui permet de convertir lnergie solaire en une nergie

lectricit. Il est constitu dun certain nombre de panneaux, selon la puissance crte

souhaite; ces derniers sont forms partir des modules relis entre eux en srie et/ou

en parallle. Le module est un ensemble de cellules photovoltaques.

2.1.1 Circuit quivalent de la cellule photovoltaque

La figure 1 montre un modle lectrique de la cellule photovoltaque prenant en

compte les diffrents facteurs limitatifs. On y retrouve le gnrateur de courant phI ,

correspondant au courant photo gnr, ainsi que des rsistances complmentaires, sR

et pR , et deux diodes 1D et 2D . cR est la rsistance de charge. La rsistance srie

sR est due la rsistivit des diffrentes couches de la cellule: metteur, base et

contacts mtalliques (en particulier leur interface avec le semi-conducteur). [1, 2]

Fig. 1: Circuit lectrique quivalent dune cellule photovoltaque

Ce terme doit, idalement, tre le plus faible possible pour limiter son influence sur

le courant de la cellule. La rsistance parallle ou de court-circuit pR traduit quant

elle, la prsence dun courant de fuite travers lmetteur. Elle peut aussi tre due un

court-circuit sur les bords de la cellule. Cette valeur devra tre la plus leve possible.

Nous avons galement tenu compte dun modle plus rigoureux au niveau des

diffrents courants en faisant appel deux diodes. Le terme 2sI correspond au courant

de diffusion avec: [2, 3]

pj2D1Dph RVIII)V(I (1)

pjj22sj11sph RV]1)Vn(exp[I]1)Vn(exp[II)V(I (2)

sj RIVV (3)

Poursuite du point de puissance maximale dun systme photovoltaque par les

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1DI et 2DI sont les courants de saturation des diodes, 1n et 2n les facteurs de

puret de la diode, sR et pR respectivement la rsistance srie et la rsistance parallle

et T la temprature absolue.

Lquation contient galement la charge lmentaire constante q (1.602 10-19

C)

et la constante de Boltzmann k (1.38010-23

J/K). Le photo-courant max.phI est atteint

une insolation maximum, souvent nous avons ( phI = S max.phI ) avec S , le

pourcentage dinsolation. Il est vident, de lquation (2), que la caractristique courant-

tension dpend fortement de linsolation et de la temprature. La dpendance, vis--vis

de la temprature, est encore amplifie par les proprits du photo-courant phI et les

courants de saturation inverse des diodes qui sont donns par:

)105()298T(1I)T(I 4)K298T(

phph

(4)

2.1.2 Circuit quivalent et modle mathmatique dun module photovoltaque

Le modle mathmatique, qui caractrise le module photovoltaque, est donn par

lquation suivante: [2, 3]

ps

ssT.k.n.N

)R.N.IV(q

2dT.k.n.N

)R.N.IV(q

1dphRN

R.N.IV1eI1eIII 2s

ss

1s

ss

(5)

2.1.3 Influence de lensoleillement et de la temprature

Le courant produit par la cellule phI est pratiquement proportionnel lclairement

solaire E. Par contre, la tension V aux bornes de la jonction varie peu, car elle est

fonction de la diffrence de potentiel la jonction N-P du matriau lui-mme. La

tension de circuit ouvert ne diminuera que lgrement avec lclairement. Il en rsulte

que [4, 5], - la puissance optimale de la cellule ( MP ) est pratiquement proportionnelle

lclairement et - les points de puissance maximale se situent peu prs la mme

tension.

2.1.3.1 Influence de lensoleillement sur les courbes )V(P et )V(I

Fig. 2: Influence de lensoleillement E sur la courbe )V(fI et )V(fP

N. Aouchiche et al.

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2.1.3.2 Influence de la temprature sur les courbes )V(P et )V(I

Fig. 3: Influence de la temprature sur la courbe )V(fI et )V(fP

2.2 Rgulateurs

Un rgulateur de charge, quil soit de conception simple ou compliqu, constitue

toujours le cur dune installation photovoltaque et doit assurer la fiabilit et la

performance. Le rgulateur de charge assure donc deux fonctions principales:

- La protection des batteries contre les surcharges et les dcharges profondes.

- Loptimisation dun transfert dnergie du gnrateur photovoltaque lutilisation.

Le rgulateur accomplit les fonctions suivantes: le contrle de la charge, le contrle

de la dcharge, lgalisation, la compensation thermique.

Les rgulateurs de charge peuvent se caractriser en groupes suivants: rgulateur

srie, rgulateur shunt, rgulateur PWM, rgulateur MPPT. [6]

2.3 Convertisseur DC/DC

Le convertisseur DC/DC transforme la tension de la batterie ou du module en une

tension DC diffrente pour alimenter la charge. Il permet le contrle de la puissance

lectrique dans des circuits fonctionnant en courant continu avec une trs grande

souplesse et un rendement lev. On distingue trois types de convertisseurs: boost, buck

boost, buck. Le modle que nous avons choisi dans notre tude est le boost.

2.3.1 Le convertisseur lvateur (boost)

Ce convertisseur Boost fonctionne comme suit: lorsque linterrupteur S est ferm,

linductance se charge et le courant )t(i , provenant du module solaire, augmente

progressivement et ce durant ]Td,0[t s . Quand S souvre, la rupture du courant

provoque une surtension do lutilit de la diode qui protge S en empchan