Université de Jijel Faculté des Sciences et de la

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Scientifique

Université de Jijel

Faculté des Sciences et de la Technologie

Département d’électrotechnique

Mémoire

De fin d’études pour l’obtention du diplôme

Master II électrotechnique industrielle

Thème

Optimisation de rendement énergétique d'un panneau solaire : (application au pompage solaire)

Encadré par :

Mr : Taibi Djamel

Mr : lyes aomar

Réalisé par:

Mr: Dada Moussa Abde Alkader

Mr: Merimeche Mouad

Promotion 2018

Remerciement

Nous remercions tout d’abord ALLAH le tout puissant pour nous avoir

donnés la force et le courage pour faire aboutir ce travail.

Nous tenons aussi à exprimer notre gratitude et nos sincères remerciements à

nos encadreurs Monsieur D. Taibi Djamel et Monsieur I.aomar pour avoir dirigé

ce mémoire, pour son temps qu’il a accordé, ses conseils, ses encouragements et

les précieuses orientations qui ont contribué à baliser le parcours de cette

recherche.

Nous remercions les membres de jury qui ont accepté d’examiner notre modeste

travail, pour leur disponibilité et leur confiance.

Nous remercions aussi nos enseignants de département d’électrotechnique de

l’université de Jijel qui nous guident pendant les 5 années d’étude.

Un tel travail est également le résultat des efforts de beaucoup de personnes qui

nous ont aidés énormément, à ceux qui nous ont facilités l'accès à l'information

pour l’élaboration de ce mémoire.

Abde alkader et Mouad

Liste des figures et des tableaux

Liste des figures

Fig. (I.1) : Types de rayonnement solaire reçus 5

Fig. (I.2): Intensité de l’ensoleillement 6

Fig. (I.3): Rayonnement solaire 6

Fig. (I.4) : Principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique 7

Fig. (I.5) : Schéma général d’un système de pompage photovoltaïque 9

Fig. (I.6) : Champ photovoltaïque 9

Fig. (I.7) : Diagramme du pompage PV par motopompe à DC

11

Fig. (I.8) : Diagramme du pompage PV par motopompe à AC

12

Fig. (II.1): Circuit équivalent d’une cellule PV photovoltaïque 15

Fig. (II.2) : Caractéristique I-V et P-V d’un module à 25°C 17

Fig. (II.3) : Caractéristique I-V et P-V d’un module E=1000 w/m2 18

Fig. (III.1) : Différents dispositions d’aimants permanents dans un rotor

(Acarnley, 2006)

23

Fig. (III.2) : Caractéristique du couple-angle électrique 23

Fig. (III.3) : Schéma de la machine synchrone 25

Fig. (III.4) : Schéma de la machine synchrone dans le référentiel (d, q) 26

Fig. (III.5) : Ensemble Commande – Onduleur –Moteur 28

Fig. (III.6) : Machine à Courant Continu 28

Fig. (III.6) : Schéma fonctionnel du régulateur de courant 30

Fig. (III.7) : Schéma fonctionnel du régulateur de vitesse 31

Fig. (III.6) : Schéma de la commande vectorielle du MSAP 32

Fig. (III.7) :

Schéma de simulation du système de pompage solaire avec une

commande vectorielle du MSAP

33

Fig. (III-8) : Fonctionnement à 1000 W/m 2 35

Fig. (III-9) : Fonctionnement à 500 W/m 2 35

Fig. (IV-1) presentation du point maximal 37

Liste des figures et des tableaux

Liste des tableaux

Tableau I-1 Les différents types des cellules avec leur rendement 8

Tableau I-2 Comparaison entre les deux types de pompage utilisé 13

Tableau II-1 Caractéristiques électriques et mécanique du MSAP 19

Tableau IV-1 Etape de correction et de prédiction dans un Filtre de Kalman 42

Tableau IV-1 Les étapes de prédiction et de correction de MPPT 45

Fig. (IV-2) Caractéristique Ppv(Vpv) d'un panneau solaire. 39

Fig. (IV-3) Algorithme de la méthode P&O. 40

Fig. (IV-4) Divergence de la commande P&O lors de variation d'irradiation 41

Fig. (IV-5) Schéma fonctionnel du MPPT dans le système PV

46

Fig. (IV-6) Schéma fonctionnel du MPPT dans le système PV 47

Fig. (IV-7) Schéma de simulation de système de pompage solaire munie d’une

MPPT

49

Fig. (IV-8) Caractéristique électrique et mécanique de MSAP 50

Sommaire

Introduction générale ................................................................................................................................... 1

Chapitre I : Généralité sur le système de pompage solaire

I-1 Introduction ............................................................................................................................................. 4

I-2 Rayonnement solaire ............................................................................................................................... 4

I-2-1 Classification du rayonnement solaire ............................................................................................. 4

I-2-2 Spectre du rayonnement .................................................................................................................. 6

1-3 Conversion photovoltaïque .................................................................................................................... 6

I- 3-1 Principe de la conversion photovoltaïque ....................................................................................... 6

I-3-2 Cellule photovoltaïque ..................................................................................................................... 7

I-3-3 Types des cellules ............................................................................................................................. 7

I-3-4 Rendement d’une cellule .................................................................................................................. 8

I-4 System de pompage photovoltaïque ....................................................................................................... 8

I-4-1 Générateur photovoltaïque ............................................................................................................. 9

I-4-2 Moteurs électriques d’entrainement ............................................................................................. 10

I-4-3 Elément de régulation et contrôle ................................................................................................. 10

I-5 Pompage solaire : .................................................................................................................................. 12

I-6 Conclusion .............................................................................................................................................. 14

Chapitre II : Modélisation et simulation d’un système

photovoltaïque

II-1 Introduction .......................................................................................................................................... 15

II-1 Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque ................................................................. 15

II-1-1 Modèles électriques d’une cellule PV ........................................................................................... 15

II-1-2 Simulation du générateur PV ........................................................................................................ 16

II-3 Choix du moteur électrique .................................................................................................................. 18

II-4 Pompe photovoltaïque ......................................................................................................................... 19

II-4-1 -Modélisation de la pompe ........................................................................................................... 19

II-5 Choix du générateur PV ........................................................................................................................ 19

II-5-1 Taille du générateur PV ................................................................................................................. 20

II-6 Conclusion ............................................................................................................................................. 20

Chapitre III : La commande vectorielle

III-1 Introduction ......................................................................................................................................... 21

III-2 Présentation de la MSAP ................................................................................................................. 21

III-3 Analyse du fonctionnement de la MSAP ............................................................................................. 23

III-3-1 Avantages de la MSAP .................................................................................................................. 24

III-3-2 Inconvénients de la MSAP ............................................................................................................ 24

III-4 Modélisation de la machine synchrone à aimant permanent ............................................................. 24

III-4-1 Mise en équation de la machine synchrone ................................................................................. 25

III-4-2 Equations électriques ................................................................................................................... 25

III-4-3 Equations magnétiques ................................................................................................................ 25

III-4-4 Transformation de Park ................................................................................................................ 26

III-4-5 Modèle de la MSAP dans le référentiel de Park ........................................................................... 27

III-4-6 Equations mécaniques .................................................................................................................. 27

III-5 La commande vectorielle ..................................................................................................................... 28

III-6 Principe de la commande vectorielle de la MSAP ............................................................................... 28

III-7 Avantages et inconvénients de la commande vectorielle ................................................................... 29

III-7-1 Avantages de la commande vectorielle........................................................................................ 29

III-7-2 Inconvénients de la commande vectorielle.................................................................................. 29

III-8 La Régulation ....................................................................................................................................... 29

III-8-1 Régulateur de courant .................................................................................................................. 29

III-8-2 Régulateur de vitesse : ................................................................................................................. 30

III-8-4 Description du système global ..................................................................................................... 32

III-9 simulation et résultat ........................................................................................................................... 32

III-9- 1 Résultats de simulation ............................................................................................................... 33

III-9-2 Discutions des résultats ................................................................................................................ 35

III-10 Conclusion .......................................................................................................................................... 35

Chapitre IV : Poursuite du point de puissance maximale

IV-1 Introduction ......................................................................................................................................... 36

IV-2 Suivi de la puissance maximale de générateur photovoltaïque .......................................................... 36

IV-3 Principe de la recherche du point de puissance maximale (MPPT) .................................................... 36

IV-4 Critères d'évaluation d'une commande MPPT .................................................................................... 37

IV-5 Différents Types De Commandes MPPT .............................................................................................. 38

IV-6 La Commande MPPT Perturbation Puis Observation .......................................................................... 38

IV-6-1 Principe des commandes "Perturbation et Observation" (P&O) : ............................................... 38

IV-6-2 Structure de l'algorithme P&O ..................................................................................................... 39

IV-7 MPPT basé sur le Filtre de Kalman ...................................................................................................... 42

IV-7-1 Modèle de Filtre de Kalman ......................................................................................................... 42

IV-7-2 Algorithme MPPT basé sur le filtre de Kalman............................................................................. 43

IV-8 Etude comparative entre Filtre Kalman et P&o .................................................................................. 45

IV-9 Simulation et résultats......................................................................................................................... 45

IV-10 Conclusion ......................................................................................................................................... 47

Conclusion générale .................................................................................................................................... 48

Introduction générale

1


Parmi les grands enjeux des temps modernes, l’approvisionnement en eau, soit pour la

consommation domestique (de personnes), soit pour l’agriculteur (élevage et irrigation) [01].

Ce problème est lié directement à un autre enjeu qui est l’apport de l’énergie nécessaire.

En Algérie, malgré les grands efforts et travaux réalisés par la SONELGAZ, plusieurs

régions restent non connectées au réseau public d’électricité. Citons par exemple les régions

sahariennes qui se situent loin des villes [01].

Ceci constitue un inconvénient majeur pour les agriculteurs, car pour eux l’eau est

suffisamment disponible. Mais l’énergie requise est soit absente, soit très chère à obtenir. [02]

Plusieurs ressources d'énergie renouvelables ont été découvertes ces dernières années,

notamment, l'énergie éolienne, hydraulique et l'énergie photovoltaïque, cette dernière est l'une

des énergies les plus renouvelables dans le monde

L’une des applications les plus importantes de l’énergie solaire photovoltaïque(PV) est

le pompage de l’eau, en particulier dans les zones rurales qui ont une quantité considérable de

rayonnement solaire et n'ont pas accès aux réseaux électrique. Les systèmes PV de pompage

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

largement utilisés pour l’approvisionnement en eau potable pour les ménages, l’apport en eau

pour les bétails et l’irrigation à petite échelle.

Un système de pompage d’eau photovoltaïque est généralement alimenté par un

système comprenant un générateur photovoltaïque, un groupe moteur-pompe et un réservoir

d’eau pour assurer la continuité de l’approvisionnement lorsque l’énergie solaire ne suffit pas.

Deux types de systèmes peuvent être utilisés, le premier est constitué d'un générateur

PV couplé directement à un groupe motopompe, le deuxième est composé d'un générateur PV

couplé à une motopompe CC ou AC à 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 couplé à un convertisseur continu

alternatif pour la machine alternative [4], [5].

Généralement, les systèmes photovoltaïques nécessitent des batteries, d’un chargeur,

d’une hachure et d’un onduleur de tension. Dans cette connexion la MPPT est conçu pour

contrôler le chargeur de batterie ou le convertisseur de puissance pour améliorer l'efficacité du


2

système. On constate que le coût du système est augmenté en raison de l'utilisation de

plusieurs composants.

La tension du générateur PV peut être utilisée directement sans utiliser le hachure. En

outre, la MPPT peut être réalisée en contrôlant la vitesse du moteur. Cette simple connexion

présente certains avantages tels que, le hachure, la batterie et son chargeur ne sont pas requis.

En désavantage, on peut dire que ce système ne fonctionne que pendant la journée. S'il est

nécessaire de travailler pendant toute la journée, un système de stockage peut être facilement

ajouté à ce système.

Le rendement des systèmes photovoltaïques peut être amélioré par des solutions

utilisant les techniques de recherche du point de puissance maximale (dites techniques

MPPT). [5]

Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés essentiellement au développement

d’une procédure d’optimisation qui permet la poursuite de point de la puissance maximale

(Maximum Power Point Tracking MPPT) d’un générateur photovoltaïque (GPV), pour une

bonne exploitation du générateur photovoltaïque dans un système de pompage solaire. Ceci

nécessite l’implémentation d’une technique de poursuite de point maximale de puissance,

telle que la méthode de Perturbation-Observation (P&O) et MPPT basé sur le filtre de

Kalman. Ainsi, nous présentons dans ce projet la simulation sous MATLAB/SIMULINK

d’une commande MPPT basée sur deux algorithmes MPPT qui sont P&O, et MPPT basé sur

le filtre de Kalman.

Ce mémoire a été divisé en quatre chapitres dont le contenu est résumé ci-dessous :

Le premier chapitre donne une description générale des systèmes photovoltaïques,

ainsi que des notions sur les différents systèmes PV et sur les différentes parties

constituant notre système de pompage

Dans le second chapitre, on passe en revue au dimensionnement des différents

éléments de système de pompage photovoltaïque. Un moteur MSAP et modèle d’une

pompe immergée sont proposés.

Dans le troisième chapitre, une commande vectorielle du MSAP alimenté par un

générateur photovoltaïque connecté directement via un onduleur avec une commande

MLI est simulée. Les résultats sont obtenus en utilisant MATLAB / SimPowerSystem.

dans le quatrième chapitre, qui se résume les deux méthodes d’optimisation (Kalman

et P&O) avec une simulation complète d’un système de pompage solaire.


3

Enfin, nous terminerons cette mémoire par une conclusion générale dans laquelle nous

donnerons quelques commentaires concernant nos travaux et quelques perspectives qui

pourront faire suite à cette recherche.

Chapitre I

Généralités sur le

système de pompage

solaire

Chapitre I Généralités sur le système de pompage solaire

4

I-1 Introduction

Depuis très longtemps, l'homme a cherché à utiliser l'énergie émise par le soleil,

l'étoile la plus proche de la terre. La plupart des utilisations sont directes comme en

agriculture, à travers la photosynthèse, ou dans les diverses applications de séchage et

chauffage, autant artisanale qu'industrielle. Cette énergie est disponible en abondance

sur toute la surface terrestre et malgré une atténuation importante lors de la traversée de

l'atmosphère, la quantité restante demeure encore importante quand elle arrive au sol.

On peut ainsi compter sur 1000 W/m2 crête dans les zones tempérées et jusqu'à 1400

W/m2, lorsque l'atmosphère est faiblement polluée en poussière ou en eau [5].

L’énergie photovoltaïque résulte de la transformation directe de la lumière du

soleil en énergie électrique aux moyens des cellules généralement à base de silicium

cristallin qui reste le domaine le plus avancé sur le plan technologiques et industriel, en

effet le silicium et l’un des éléments les plus abondants sur terre sous forme de silice

non toxique.

Dans ce chapitre, on fait en premier lieu une généralité sur l’énergie solaire, son

utilisation et les caractéristiques principales du générateur photovoltaïque. En second

lieu on expose d’une manière générale le fonctionnement et les spécifications des

systèmes de pompage photovoltaïque.

I-2 Rayonnement solaire

Afin de quantifier l’énergie développée par le générateur photovoltaïque dans une

application donnée, il est nécessaire de connaître le spectre du rayonnement solaire reçu

sur sol.

I-2-1 Classification du rayonnement solaire

Trois types de rayonnement ont été répertoriés dans la littérature [6]

Le rayonnement direct :

La conversion du rayonnement direct (E.D) est une fonction trigonométrique. Le

rayonnement direct, sur le plan horizontal, est la différence entre le rayonnement global

et le rayonnement diffus.

Le rayonnement diffus :

Il est dû à l’absorption et à la diffusion d’une partie du rayonnement solaire global

par l’atmosphère et à sa réflexion par les nuages et les aérosols.


5

Le rayonnement réfléchi ou l’albédo du sol :

C’est le rayonnement qui est réfléchi par le sol ou lorsque le sol est

particulièrement réfléchissant (eau, neige, etc.…).

I-2-1-1 Le rayonnement global :

Le rayonnement global est subdivisé en rayonnements directs, diffus et reflété par

le sol. La figure. (I.1) illustre l’ensemble des rayonnements solaires reçu sur une surface

terrestre.

L’intensité du rayonnement solaire reçu sur un plan quelconque à un moment

donné est appelée irradiation ou éclairement (noté généralement par la lettre G), il

s’exprime en watts par mètre carré (W/m²). La valeur du rayonnement reçu par la

surface du module photovoltaïque varie selon la position de ce dernier. Le rayonnement

solaire atteint son intensité maximale lorsque le plan du module photovoltaïque est

perpendiculaire aux rayons.

Dans la figure Fig. (I.2) on montre l’effet de l’inclinaison des modules

photovoltaïques sur l’intensité de l’éclairement reçu sur leurs surfaces du lever au

coucher du soleil [7].

Fig. (I.1) : Types de rayonnement solaire reçus

5mmmmmmm[]au sol.


6

Fig. (I.2): l’effet de l’inclinaison des modules photovoltaïques sur l’intensité de

l’éclairement

I-2-2 Spectre du rayonnement

Le rayonnement électromagnétique est composé de «grains» de lumière appelés

photons. L’énergie de chaque photon est directement liée à la longueur d’onde, elle est

donnée par la formule suivante :

𝐸 =ℎ𝑐

𝜆 (I.1)

Où :

h: Constante de Planck. ℎ = 62 10−34 𝐽𝑠−1

C: Vitesse de propagation égale à 3. 108 𝑚𝑠−1

𝜆 : Longueur d’onde

1-3 Conversion photovoltaïque

I- 3-1 Principe de la conversion photovoltaïque

Une cellule photovoltaïque est basée sur le phénomène physique appelé effet

photovoltaïque qui consiste à établir une force électromotrice lorsque la surface de cette

cellule est exposée à la lumière. La tension générée peut varier entre 0.3 et 0.7 V en

fonction du matériau utilisé et de sa disposition ainsi que de la température de la cellule.

La figure suivante illustre une cellule PV.


7

Une cellule PV est réalisée à partir de deux couches de silicium, une dopée P

(dopée au Bore) et l’autre dopée N (dopée au phosphore), créant ainsi une jonction PN

avec une barrière de potentiel.

La tension maximale de la cellule est d’environ 0.6 V pour un courant nul, cette

tension est nommée tension de circuit ouvert VOC.

Le courant maximal se produit lorsque les bornes de la cellule sont court-

circuitées ; il est appelé courant de court-circuit ISC et dépend fortement du niveau

d’éclairement. [8]

I-3-2 Cellule photovoltaïque

Les cellules photovoltaïques sont des dispositifs électronique réalisées à l'aide des

composants semi-conducteurs qui possèdent la particularité de produire l'électricité

quant 'ils sont éclairés. Elles sont généralement faites du silicium sous ses différentes

formes. Ceci donne naissance à plusieurs espèces de cellules [9]

I-3-3 Types des cellules

La plupart des cellules solaires disponibles sur le marché mondial, sont à base de

silicium, soit du type mono, poly cristallin ou amorphe [9]

Les cellules monocristallines : Ce sont celles qui ont le meilleur rendement

mais aussi celle qui ont le cout le plus élevé, du fait d'une fabrication

Fig. (I.4) : Principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique.


8

Tableau 1-1.Les différents types des cellules avec leur rendement. [13]

compliquée. [10]

Les cellules poly cristallin : Leur conception étant plus facile, leur coût de

fabrication est moins important, cependant leur rendement est plus faible. [11]

Les cellules amorphes : Elles ont un faible rendement, mais ne nécessitent que

de très faibles épaisseurs de silicium et ont un coût peu élevé. Elles sont utilisées

couramment dans de petits produits de consommation telle que des calculatrices

solaires ou encore des montres. [12]

I-3-4 Rendement d’une cellule

Le tableau I .1 présente le rendement de trois familles de cellules existant dans ce

domaine photovoltaïque :

Technologie de cellules Rendement en laboratoire Rendement production

Silicium amorphe (a-Si) 13% 5 à 9%

Silicium poly cristallin (p-Si) 19.8% 11 à 15%

Silicium monocristallin (m-Si) 24.7% 13 à 17%

I-4 System de pompage photovoltaïque

Le pompage de l’eau est l’une des applications les plus courantes utilisant

l’énergie solaire pour l’irrigation ou l’alimentation en eau potable ; ses performances

dépendent des caractéristiques du site (ensoleillement, température ambiante, obstacles

géographiques), du rendement des modules mais aussi des caractéristiques des autres

équipements (onduleur, moteur, pompe,…).

Le schéma général d’un système de pompage photovoltaïque étudié dans ce

mémoire est le suivant :


9

I-4-1 Générateur photovoltaïque

Un générateur photovoltaïque se compose d'un certain nombre de modules

connectés en série et en parallèle pour fournir le courant et la tension nécessaires.

La tension de sortie du générateur photovoltaïque dépend du nombre de modules en

série alors que le courant de sortie dépend du nombre de modules en parallèle. [13]

Fig. (I.5) : Schéma général d’un système de pompage photovoltaïque

Fig. (I-6) : Champ photovoltaïque


10

I-4-2 Moteurs électriques d’entrainement

Un moteur électrique est un dispositif électromécanique permettant la conversion

d'énergie électrique en énergie mécanique. La plupart des machines électriques

fonctionnent grâce au magnétisme, il existe deux types de moteurs : à courants continu

et alternatif.

Moteur à courant continu : les moteurs à courant continu utilisés pour des

applications de pompage solaire sont les moteurs en excitation série, avoir un

couple de démarrage suffisant pour vaincre la résistance de démarrage d’une

pompe et bien répondre à un courant variable. Le couplage est direct ou avec

optimisation du générateur par un hacheur adaptateur de puissance commandé

par son rapport cyclique. L'installation ainsi définie nécessite une électronique

relativement simple mais présente l'inconvénient du moteur à courant continu

qui demande un entretien régulier. Les balais doivent être changés

périodiquement. Ceci est particulièrement problématique dans le cas des pompes

à moteur immergé où la pompe doit être retirée du forage pour changer les

balais. , il est utilisé particulièrement pour le pompage dans les puits ouverts.

Moteur à courant alternatif : Les moteurs alternatifs synchrones (rotor à cage)

sont les plus couramment employés pour une gamme variée d’applications

industrielles. Par exemple, les pompes sur réseau utilisent depuis longtemps ce

type de moteur. Il est utilisé particulièrement pour le pompage immergé dans les

forages et les puits ouverts. L’arrivée d’onduleurs efficaces a permet l’utilisation

de ce type de moteurs dans les applications de pompage solaire. L'utilisation

d'un moteur synchrone (à courant alternatif triphasé) plus robuste et moins cher

(aussi faible besoin de maintenance) devient une solution plus économique et

plus pratique même au prix d'un circuit électronique de commande plus

complexe [14].

I-4-3 Elément de régulation et contrôle

Selon le type des moteurs (Moteur à courant continu ou Moteur synchrone)

utilisés pour entrainer la pompe on distingue le deux type de convertisseur :


11

Le convertisseur DC/DC (Hacheur)

Afin d’extraire à chaque instant le maximum de puissance disponible aux bornes

du générateur PV et de la transférer à la charge (pompe alimentée par moteur à courant

continu), la technique utilisée classiquement est d’utiliser un étage d’adaptation entre le

générateur PV et la charge comme décrit dans la figure I-7. Cet étage joue le rôle

d’interface entre les deux éléments en assurant à travers une action de contrôle

commandé par son rapport cyclique, le transfert du maximum de puissance fournie par

le générateur pour qu’elle soit la plus proche possible de la puissance maximale

disponible.

Fig. (I.7) : Diagramme du pompage PV par motopompe à DC

Le convertisseur DC/AC (onduleur) :

La fonction principale de l’onduleur est de transformer le courant continu, produit

par les panneaux solaires en un courant alternatif triphasé pour actionner le groupe

moteur-pompe.

L'onduleur fonctionne évidemment avec un circuit de génération des signaux

PWM commandé par un circuit de régulation et de protection. Le convertisseur DC/AC

assure le transfert optimal de puissance du générateur solaire vers le groupe moteur

pompe et protège la pompe contre le fonctionnement à vide lorsque il n y a pas d'eau

dans le puits. Le rendement de l’onduleur est généralement élevé pour valoriser au

mieux l’énergie produite par le générateur. Il est de l’ordre de 95 % au point de

fonctionnement nominal


12

Fig. (I.8) : Diagramme du pompage PV par motopompe à AC

I-5 Pompage solaire :

Une pompe photovoltaïque se présente fondamentalement de deux façons selon

qu’elle fonctionne avec ou sans batterie. Alors que cette première utilise une batterie

pour stocker l’électricité produite par les modules, la pompe sans batterie ‘pompe au fil

du soleil’, utilise un réservoir pour stocker l’eau jusqu’au moment de son utilisation.

[15]

Pompage au fil du soleil

L’énergie solaire est consommée en « temps réel». Cette technique permet

d’utiliser directement une puissance continuellement variable, celle issue des

modules photovoltaïques. Le débit de pompage va donc évoluer avec l’intensité

de l’ensoleillement. En effet dans cette première technique, c’est l’eau elle-

même qui est pompée et stockée lorsqu’il y a suffisamment d’ensoleillement,

dans un réservoir à une hauteur au-dessus du sol. Elle est ensuite distribuée par

gravité au besoin.

Pompage avec stockage d’energie

Cette technique consiste à utiliser un stockage d’énergie cette fois-ci, via des

batteries (pompe avec batterie). Ces batteries stockent l’énergie produite par les

cellules photovoltaïques lors des périodes d’ensoleillement afin de pouvoir

restituer cette énergie pour pomper l’eau en temps voulu. Le débit de pompage

peut se faire à la demande, lorsque les utilisateurs en ont besoin.


13

Méthodes de

pompage

Avantages Inconvéinents

Po

mp

ag

e a

u f

il d

u s

ole

il

Economie du coût des batteries

et par conséquence leur

maintenance

Système photovoltaïque plus

simple, plus fiable et moins

coûteux

Meilleur rendement

énergétique

Perte d’énergie au début et

à la fin de la journée

Le débit de la pompe n’est

pas constant et le rabattement

du forage peut-être trop élevé

durant certaines périodes de

la journée.

Po

mp

ag

e A

vec

ba

tter

ie

Débit de la pompe régulier et à

pression fixe

Possibilité de pomper l’eau

lorsque le soleil est absent

Coût élevé d’entretien et

maintenance des batteries

Changement des batteries

tous 5 à 7 ans

Les batteries introduisent

un certain degré de perte de

rendement d’environ 20% à

30% de la production

d’énergie.

Coût élevé du système

photovoltaïque

Tableau 1.2 Comparaison entre les deux types de pompage utilisé.


14

I-6 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présentés des généralités sur l’énergie solaire et le

pompage photovoltaïque. Nous avons présentés les éléments du système de pompage

photovoltaïque et les principes généraux du pompage solaire. Ensuite les différents

systèmes de pompage avec différent moteurs, à courant continu ou alternatif.

Chapitre II

Modélisation et simulation d’un

système photovoltaïque

Chapitre II Modélisation et simulation d’un système photovoltaïque

15

II-1 Introduction

Un système de pompage photovoltaïque est constitué d’un générateur

photovoltaïque, un onduleur de tension, et un groupe motopompe. Les systèmes de

pompage photovoltaïque étudié fonctionnent au fil du soleil. Dans ce chapitre le choix

et la modélisation de chaque composant de ce système sera présentée.

II-1 Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque

II-1-1 Modèles électriques d’une cellule PV

Une cellule photovoltaïque a un comportement équivalent à une source de courant

shuntée par une diode la figure (II.1). Le modèle est complété par : [16]

Une résistance série due à la contribution des résistances de base et du front

de la jonction et des contacts face avant et arrière

Une résistance parallèle ou shunt qui provient des contacts métalliques et des

résistances de fuite sur la périphérie de la cellule

On note :

𝐼𝑝𝑣 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑑 − 𝐼𝑝 (II.1)

Avec :

𝐼𝑑 = 𝐼𝑠[exp (𝑉𝑝𝑣+𝐼 𝑅𝑠

𝑛𝑉𝑇) − 1] (II.2)

𝐼𝑝 =𝑉𝑝𝑣+𝐼 𝑅𝑠

𝑅𝑝 (II.3)

𝐼𝑠 = 𝐼𝑠𝑐[exp (𝑉𝑜𝑐

𝑛𝑉𝑇) − 1] (II.4)

𝐼𝑠𝑐 = 𝐼𝑠𝑐𝑟 (𝐺

1000) (II.5)

Fig. (II.1): Circuit équivalent d’une cellule PV photovoltaïque.


16

𝑉𝑡 =𝐾𝑇

𝑞 (II.6)

𝐼𝑝𝑣 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑠 [exp (𝑉𝑝𝑣+𝐼 𝑅𝑠

𝑛 𝑉 𝑇) − 1] −

𝑉𝑝𝑣+𝐼 𝑅𝑠

𝑅𝑝 (II.7)

Où

IPV : Courant fourni par la cellule.

VPV : Tension aux bornes de la cellule

Id : Courant de diode.

Iph : Photo courant, dépendant de l’intensité de l’irradiation.

Ip : Le courant dérivé par la résistance parallèle.

Is : Courant de saturation de diode, dépendant de la température

ISCr : Le courant de court-circuit de référence

Vco : La tension de circuit ouvert

VT : La tension thermique

Rp : Résistance en parallèle, représentant l’admittance parallèle du générateur de courant

Rs : Résistance en série, modélisant les pertes ohmiques du matériau et des contacts

G : L'irradiation solaire en W/m2

q : Charge d’électron 1.602*10-19C

K : Constante de Boltzmann 1.381*10-23 Nm/°K

n : Facture de non idéalité de la jonction comprise entre 1 et 5 dans la pratique.

T : La température effective de la cellule en kelvin.

II-1-2 Simulation du générateur PV

Pour faire la simulation d’un générateur PV on a choisi le module Sopray Energy

SR-150 dont ces caractéristiques qui donne par le constructeur sont les suivants :

Puissance max de 𝑃𝑚𝑝 = 150,075 𝑊𝑐

Tension max de 𝑉𝑚𝑝 = 34,5 𝑉

Courant max 𝐼𝑚𝑝 = 4,35 𝐴

Tension de circuit ouvert 𝑉𝑐𝑜𝑝 = 41,8 𝑉

Courant de court-circuit 𝐼𝑐𝑐𝑝 = 5,05 𝐴

Rendement de 15.71%.


17

La simulation du module précèdent pour différents éclairements (1000 800

600 400) W/m2 et pour différentes températures (20, 25, 30, 40) °C a été faite sous

l’environnement Matlab/Simulink.

Les figures (II.2, 3) donnent les caractéristiques I-V et P-V de ce type.

Les résultats de simulation montre que la variation de l’éclairement influe sur le

courant généré, plus l’éclairement augmente plus le courant augmente tandis que la

tension varie légèrement et la variation de la température influe sur la tension, celle-ci

diminue avec l’augmentation de la température tandis que le courant n'est pas influencé

par la température.

Cette influence atteint automatiquement la puissance du module et du champ du

faite de la relation qui relie les trois grandeurs tel que P= V.I, on remarque que la

puissance augmente avec l’augmentation de l’éclairement et diminue avec

l’augmentation de la température.

Fig. (II.2) : Caractéristique I-V et P-V d’un module à 25°C


18

Fig. (II.3) : Caractéristique I-V et P-V d’un module G=1000 w/m2

II-3 Choix du moteur électrique

Les moteurs électriques devraient être contrôlés pour améliorer l'efficacité du

système de pompage, en particulier ceux alimentés par une source d'énergie solaire. Les

moteurs asynchrones à cage d'écureuil sont largement utilisés dans ces applications

nécessitant une tension amplifiée pour obtenir une tension nominale [17].

Par exemple, un moteur asynchrone triphasé (220Vac, 50 Hz et 2 pôles) nécessite

une tension amplifiée qui augmente une tension de 12-24Vdc jusqu'à 300Vdc pour

fonctionner dans un système de pompage photovoltaïque.

En revanche, le moteur peut être conçu avec une tension basse comme 140V qui

n'est pas nécessaire d'une tension boostée. Ainsi, le système de commande du moteur

peut être directement connecté aux panneaux PV. Pour cet objectif, un moteur synchrone

à aimants permanents (MSAP) est utilisé pour obtenir un rendement élevé à basse

tension.

Les caractéristiques électriques et mécanique du MSAP utilisé dans notre simulation

est :


19

La puissance utile Pu 500 W

La tension Vs 80 V

Vitesse nominale 104.66 rad/sec = 1000 tr/min

Le couple Ce 4.77 Nm

Le courant I 5 A

Tableau 1I-1 Caractéristiques électriques et mécanique du MSAP

II-4 Pompe photovoltaïque

Une pompe photovoltaïque se présente fondamentalement de deux façons selon

qu’elle fonctionne avec ou sans batterie. Alors que cette première utilise une batterie

pour stocker l’électricité produite par les modules, la pompe sans batterie, plus

communément appelée "pompe au fil du soleil", utilise un réservoir pour stocker l’eau

jusqu’au moment de son utilisation [18].

Parce qu’il est souvent plus économique de construire un réservoir pour stocker

l’eau plutôt que stocker l’électricité dans les batteries, le moteur d’une pompe solaire

fonctionnera habituellement au fil du soleil. Dans ce cas ; notre système contient les

éléments suivants : générateur photovoltaïque, onduleur à fréquence variable, groupe

motopompe immergé, et réservoir de stockage [19,20].

II-4-1 -Modélisation de la pompe

La pompe est caractérisée principalement par un couple résistant qui est de la

forme suivante

𝐶𝑟=𝐾𝑝. 𝑤 (II.6)

Avec : w =104.66 rad/sec

En régime permanent, le couple résistant de la pompe (Cr) égale au couple moteur (Ce),

donc :

𝐶𝑒 = 𝐶𝑟 = 𝑃𝑢

𝑤 (II.7)

Alors :𝐾𝑝 =𝑃𝑢

𝑤2 = 500

104.662 = 0.0456

II-5 Choix du générateur PV

Dans notre cas on a choisi un moteur synchrone à aimant permanent dont la

puissance mécanique est 500 W.

Le rendement du moteur est estimé à 0.94


20

𝑃𝑎 = 𝑃𝑢

𝜂𝑚 =

500

0.94 = 530 𝑊 (II.8)

Le rendement du convertisseur est de l’ordre de 0.98. [21]

𝑃𝐺𝑃𝑉 = 𝑃𝑎

𝜂𝑐 = 540 𝑊 (II.9)

Ou PGPV : la puissance du générateur PV

II-5-1 Taille du générateur PV

Après le calcul de la puissance du générateur PV, on détermine le nombre de

modules constituants le générateur suivant la puissance du module PV choisie.

Nombres de modules :

Le nombre total de modules NM constituant le générateur PV est calculé par la

formule suivante

NM =PGPV

𝑃𝑀 =

540

150 =3.6 (II.10)

Ou PM : La puissance du module PV.

NM : Nombres de modules

Nombre de modules en série :

Dans notre cas le moteur est alimenter par une tension de 66 V alors la tension

applique à l’entrée de l’onduleur.

𝑉𝑑 =3

√2𝑣𝑒𝑓𝑓 (II.11)

𝑉𝑑 =3

√2 66 = 140 v (II.12)

Donc le nombre de module en série est Ns= 4

Nombre de modules en parallèle :

La mise en parallèle de modules donne l’intensité nécessaire à la charge. Le

nombre de branches est calculé par l’équation suivante :

𝑁𝑝 =𝑁𝑀

𝑁𝑠 = 1 (II.13)

Dans notre travail, nous choisissons quatre panneaux photovoltaïques

branchés en série de type Sopray Energy SR-150 (voir l’annexe).

II-6 Conclusion

Dans ce chapitre nous avons modélisé une cellule PV et un pompe centrifuge on

a illustre le dimensionnement et les différents éléments d’un système de pompage

solaire à base d’un moteur synchrone à aimants permanents de haute performance.

Chapitre III

La commande vectorielle de la

machine synchrone à aimants

permanents

Chapitre III La commande vectorielle de la MSAP

21

III-1 Introduction

L’asservissement des machines à courant alternatifs alimentées par des convertisseurs

statiques pour faire fonctionner des actionneurs à des vitesses variables devient de plus en

plus courants, parmi les machines électriques utilisées, les machines synchrones à aimant

permanent qui ont une inertie très faibles et des inductances relativement faibles ce qui

entraîne des réponses rapides des courants et donc du couple [22]

Dans ce chapitre nous avons présenté la machine synchrone à aiment permanent

(MSAP) et le principe de la commande vectorielle, ainsi que la méthode de calcul des

différents régulateur, en fine on a présenté résultat de simulation de système de pompage

solaire.

III-2 Présentation de la MSAP

Le terme de machine synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de rotation

du rotor est égale à la vitesse de rotation du champ tournant du stator. Pour obtenir un tel

fonctionnement, le champ magnétique rotorique est génère soit par des aimants, soit par un

circuit d’excitation. La position du champ magnétique rotorique est alors fixe par rapport au

rotor, ce qui impose le synchronisme entre le champ tournant statoriques et le rotor ; d’où le

nom de machine synchrone.

Le stator est similaire à celui de la machine asynchrone. Il se compose d’un bobinage

distribue triphasé, tel que les forces électromotrices générées par la rotation du champ

rotorique soient sinusoïdales ou trapézoïdales. Ce bobinage est représenté par les trois axes (a,

b, c) déphases, l’un par rapport à l’autre, de 120˚électriques.

Le rotor se compose d’aimants permanents. Les aimants permanents présentent

l’avantage d’éliminer les balais et les pertes rotorique, ainsi que la nécessite d’une source pour

fournir le courant d’excitation. Cependant, on ne peut pas contrôler l’amplitude du flux

rotorique. Il existe de nombreuses façons de disposer les aimants au rotor (Fig.III.1).

Aimants en surface (Surface Mounted) :

Les aimants sont montés sur la surface du rotor en utilisant des matériaux adhésifs à

haute résistance. Ils offrent un entrefer homogène, le moteur est le plus souvent à pôles lisses.

Ses inductances ne dépendent pas de la position du rotor (Fig.III.1-a).


22

L’inductance de l’axe-d est égale à celle de l’axe-q. Cette configuration du rotor est

simple à réaliser. Ce type du rotor est le plus utilise. Par contre, les aimants sont exposés aux

champs démagnétisant. De plus, ils sont soumis à des forces centrifuges qui peuvent causer

leur détachement du rotor.

Aimants insères (Inset magnet type) :

Les aimants du type insères aussi sont montés sur la surface du rotor. Cependant, les

espaces entre les aimants sont remplies du fer (voir Fig.III.1-b). L’alternance entre le fer et les

aimants provoque l’effet de saillance. L’inductance de l’axe-d est légèrement différente de

celle de l’axe-dq.

Cette structure est souvent préférée pour les machines trapézoïdale, parce que l’arc

polaire magnétique peut être règle afin d’aider à former les forces électromagnétiques.

Aimants enterres (Interior magnet type) :

Les aimants sont intègres dans la masse rotorique (Fig.III.1-c) : le moteur sera à pôles

saillants. Dans ce cas, le circuit magnétique du rotor est anisotrope, les inductances dépendent

fortement de la position du rotor.

Les aimants étant positionnes dans le rotor, ce type de moteur est plus robuste

mécaniquement et il permet le fonctionnement à des vitesses plus élevées. D’autre part, il est

naturellement plus cher à fabriquer et plus complexe à contrôler.

Aimants à concentration de flux (Flux concentration type)

Comme le montre la (Fig.III.1-d), les aimants sont profondément places dans la masse

rotorique.

Les aimants et leurs axes se trouvent dans le sens circonférentiel. Le flux sur un arc polaire du

rotor est contribué par deux aimants sépares. L’avantage de cette configuration est la

possibilité de concentrer le flux générer par les aimants permanents dans le rotor et d’obtenir

ainsi une induction plus forte dans l’entrefer. Ce type de machine possède de l’effet de

saillance.


23

Fig. (III.1) : Différents dispositions d’aimants permanents dans un rotor (Acarnley, 2006)

(a)Aimants en surface (b) Aimants insèrent

(c)Aimants enterres (d) Aimants a concentration de flux

III-3 Analyse du fonctionnement de la MSAP

La machine étudiée est un moteur, il permet donc une conversion électromécanique de

l’énergie. Le stator de celui-ci est alimenté par un réseau triphasé. Il produit ainsi un champ

tournant qui entraîne le rotor. Plus le couple sur l’arbre est élevé plus l’angle de décalage

polaire est plus grand. Le rotor décroche du flux tournant dès que cet angle dépasse 90. La

vitesse de rotation du rotor est égale à la vitesse de synchronisme. Elle est donc directement

proportionnelle à la fréquence d’alimentation du stator.

La caractéristique du couple-angle électrique est illustrée dans la figure suivante :

Fig. (III.2) : Caractéristique du couple-angle électrique


24

III-3-1 Avantages de la MSAP

Les machines synchrones à aimants permanents présentent plusieurs avantages par

rapport aux autres types de machines. [23]

– Puissances massiques importantes et élevées.

– Absence de contacts glissants.

– Pas des pertes résistives au rotor ; ce qui facilite l’évaluation de la chaleur due aux pertes

dans la machine. Ainsi, il y a suppression d’équipement de refroidissement au rotor.

– Suppression des bagues et des balais, ce qui réduit les problèmes de maintenance.

– Possibilité de supporter des surcharges transitoires importantes et un bon comportement

dynamique en accélération et en freinage.

– Grande fiabilité.

– Fonctionnement en survitesse.

III-3-2 Inconvénients de la MSAP

Comme inconvénients de la MSAP on cite :

- Coût élevé des aimants.

- Un problème de tenu à la température des aiment

- Interaction magnétique due au changement de structure.

- Diminution de l’aimantation selon loi logarithmique en fonction du temps.

III-4 Modélisation de la machine synchrone à aimant permanent

L’étude du comportement d’un moteur électrique est une tâche difficile et qui nécessite,

avant tout, une bonne connaissance de son modèle dynamique afin de bien prédire, par voie

de simulation, son comportement dans les différents modes de fonctionnement envisage. La

modélisation d’un moteur synchrone à aimants permanents est identique à celle d’une

machine synchrone classique sauf que l’excitation en courant continu attachée au rotor est

remplacée par le flux de l’aimant [24]. Donc, le modèle est issu du modèle de la machine

synchrone classique [25].

Les enroulements statoriques sont le plus souvent connectes en étoile a neutre isole.

L’excitation rotorique est créée par des aimants permanents au rotor.

Afin de simplifier la modélisation de la machine, les hypothèses usuelles données dans

la majorité des références sont adoptées comme suit (Bose, 2002), (Arroyo, 2006), (Nahid,

2001), (Lipo, 1996) :


25

– l’effet d’amortissement au rotor est néglige,

– le circuit magnétique de la machine n’est pas sature,

– la répartition des forces magnétomotrices (FMM) est sinusoïdale,

– les phénomènes d’hystérésis et les courants de Foucault sont négliges,

– les irrégularités de l’entrefer dues aux encoches statoriques sont ignorées.

III-4-1 Mise en équation de la machine synchrone

Pour établir des relations simples entre les tensions d'alimentation du moteur et ces

courants, nous considérons le modèle de la machine synchrone idéal suivant :

Fig. (III.3) : Schéma de la machine synchrone

III-4-2 Equations électriques

Les équations électriques de la MSAP sont décrites par :

[𝑉𝑎

𝑉𝑏

𝑉𝑐

] = 𝑅𝑠 [𝐼𝑎𝐼𝑏𝐼𝑐

] +𝑑

𝑑𝑡[

ф𝑎

ф𝑏

ф𝑐

] (III.1)

III-4-3 Equations magnétiques

Les relations entre flux et courants s’écrivent sous forme matricielle comme suit :

[ф𝑠] = [𝐿𝑠𝑠][𝐼𝑠] + [𝑀𝑠𝑓][If] (III.2)


26

On désigne par :

[𝐿𝑠𝑠] : Matrice d’inductances statoriques. Elle contient des termes constants que nous

regroupons dans [𝐿𝑠0] et des termes variables dépendant de θ, que nous regroupons dans

[𝐿𝑠2(θ)]

III-4-4 Transformation de Park

Pour éliminer 𝜃 de la matrice [Ls2]; et afin que les algorithmes de commande traitent

des grandeurs électriques continues, les enroulements statoriques (a, b, c) sont remplacés par

deux enroulements (d, q) en quadrature, figure (III.3). Ce passage est obtenu par la

transformation de Park.

Fig. (III.4) : Schéma de la machine synchrone dans le référentiel (d, q)

La matrice de passage notée P (𝜃) :

P (𝜃) =2

3

[ 𝑐𝑜𝑠(𝜃 ) 𝑐𝑜𝑠(𝜃 −

2𝜋

3 ) 𝑐𝑜𝑠(𝜃 −

4𝜋

3 )

−𝑠𝑖𝑛(𝜃 ) −𝑠𝑖𝑛(𝜃 −2𝜋

3 ) −𝑠𝑖𝑛(𝜃 −

4𝜋

3 )

1

2

1

2

1

2 ]

(III.3)


27

III-4-5 Modèle de la MSAP dans le référentiel de Park

La transformation de Park ramène les équations statoriques (III.1) dans un référentiel lie

au rotor. Donc la machine équivalente est identique à une machine à courant continu ayant

l’enroulement f comme inducteur et ayant deux induits en quadrature.

Alors, le modèle de la MSAP après la transformation de Park est :

[𝑉𝑑

𝑉𝑞] = [

𝑅𝑠 + 𝐿𝑑𝑠 −𝑃𝑤𝐿𝑞

𝑃𝑤𝐿𝑑 𝑅𝑠 + 𝐿𝑞𝑠] [

𝐼𝑑𝐼𝑞

] + [0

𝑃𝑤ф𝑓] (III.4)

Avec la même procédure de calcul pour les équations magnétiques et faisant usage du

calcul matriciel précédent et en supposant que le système est équilibré, on aura :

ф𝑑 = 𝐿𝑑𝐼𝑑 + ф𝑓

ф𝑞 = 𝐿𝑞𝐼𝑞 (III.5)

ф𝑓: Représente le flux des aimants.

III-4-6 Equations mécaniques

L'équation mécanique développée par la machine est donnée par la relation suivante :

𝐶𝑒 − 𝐶𝑟 = 𝐽𝑑Ω

𝑑𝑡+ 𝑓Ω (III.6)

Avec : f, J, Cr et Ω définissant respectivement le coefficient d'amortissement, le moment

d'inertie du rotor, le couple de charge et la vitesse mécanique de rotation.

Le couple électromagnétique 𝐶𝑒 est produit par l'interaction entre les pôles formés par

les aimants au rotor et les pôles engendrés par les FMMs dans l'entrefer généré par les

courants statoriques. Il est exprimé par :

𝐶𝑒 =3

2𝑃 ((𝐿𝑑 − 𝐿𝑞)𝐼𝑑𝐼𝑞 + ф𝑓𝐼𝑞) (III.7)


28

III-5 La commande vectorielle

Fig. (III.5) : Ensemble Commande – Onduleur –Moteur

III-6 Principe de la commande vectorielle de la MSAP

Le principe du découplage permet de modéliser la machine synchrone comme une

machine à courant continu, par application de cette technique de commande. Ceci concilie les

avantages des propriétés du moteur à courant continu et de l’absence du collecteur mécanique.

Le contrôle du couple d’une machine alternative nécessite un contrôle en phase et en

amplitude des courants d’alimentation d’où le nom de contrôle vectoriel. Pour réaliser un

contrôle similaire à celui des machines à courant continu à excitation séparée, il est nécessaire

de maintenir le courant Id nul et de réguler la vitesse ou la position par le courant Iq via la

tension Vq. Physiquement, cette stratégie revient à maintenir le flux de réaction d’induit en

quadrature avec le flux rotorique produit par le système d’excitation [26].

Fig. (III.6) : Machine à Courant Continu


29

En utilisant l'équation (III.8) l'expression du couple devient comme suit :

CePf.Iq (III.8)

La commande vectorielle sert alors à contrôler les deux composantes et (Iq) du courants

statorique en imposant les tensions (Vd) et (Vq) qui conviennent. Pour imposer ces tensions il

suffit d'imposer les tensions de référence (Vqref) et (Vdref) à l'entrée de l'onduleur A l'aide des

régulateurs, nous allons obtenir des courants de référence (Iqref) et (Idref).

III-7 Avantages et inconvénients de la commande vectorielle [27]

III-7-1 Avantages de la commande vectorielle

Elle est précise et rapide.

Il y a un contrôle du couple à l’arrêt.

Le contrôle des grandeurs se fait en amplitude et en phase.

III-7-2 Inconvénients de la commande vectorielle

Le contrôle vectoriel par orientation du flux rotorique présente un certain nombre

d’inconvénients :

Très chère (encodeur incrémental ou estimateur de vitesse, DSP).

Faible robustesse aux variations paramétriques et en particulier à celles de la constante

de temps rotorique

Nécessité d’un modulateur pour la commande rapprochée de l’onduleur qui provoque

des retards, surtout à basse fréquence de modulation (grande puissance).Ces retards

sont responsables d’une augmentation du temps de réponse en couple, ce qui pénalise

les variateurs utilisés en traction.

III-8 La Régulation

Les régulateurs ont, d’une part, la tâche de stabiliser le circuit de réglage, et d’autre part,

ils viennent pour assurer une meilleure précision et un temps de réponse meilleur. Les

régulateurs standards de type PI ou PID sont les plus utilisés dans le domaine des réglages

industriels [28]

III-8-1 Régulateur de courant

𝑉𝑑∗ = R∙ 𝑖𝑑 + 𝐿𝐷∙

𝑑𝑖𝑑

𝑑𝑡 =(𝑅 + 𝑆 ∙ 𝐿𝑑) ∙ 𝑖𝑑 (III.9)

𝑖𝑑 = 1

𝑅+𝑆∙𝐿𝑑∙ 𝑉𝑑

∗ (III.10)


30

Fig. (III.6) : Schéma fonctionnel du régulateur de courant

La fonction de transfert du système en boucle ouverte FBO est :

𝐹𝐵𝑂 =(𝐾𝑝𝑑 +𝐾𝑖𝑑

𝑆) ∙ (

1

𝑅+𝑆∙𝐿𝑑) =

𝑆∙𝐾𝑝𝑑+𝐾𝑖𝑑

𝑆(𝑅+𝑆∙𝐿𝑑) (III.11)

La fonction de transfert du système en boucle fermée FBF est :

𝐹𝐵𝐹 = 𝐹𝐵𝑂

1+𝐹𝐵𝑂 =

𝑆(𝑅+𝑆∙𝐿𝑑)1

𝐿𝑑

𝑆2+(𝐾𝑝𝑑+𝑅

𝐿𝑑)+

𝐾𝑖𝑑𝐿𝑑

(III.12)

Le polynôme caractéristique du système en boucle fermée est :

P(𝑆) = 𝑆2 +𝑅+𝐾𝑝𝑑

𝐿𝑑∙ 𝑠 +

𝐾𝑖𝑑

𝐿𝑑 (III.13)

En imposant au polynôme caractéristique en B-F deux pôles complexes conjugués :

𝐾𝑝𝑑

𝐿𝑑 = 2𝜌2 ⇒ 𝐾𝑖𝑑 = 2∙ 𝜌 ∙ 𝐿𝑑 ∙ 𝜌2 (III.16)

De la même façon on trouve :

𝐾𝑝𝑞 = 2∙ 𝜌 ∙ 𝐿𝑑 − 𝑅 (III.17)

𝐾𝑖𝑞 = 2∙ 𝜌 ∙ 𝐿𝑑 ∙ 𝜌2 (III.18)

III-8-2 Régulateur de vitesse :

Le régulateur de vitesse permet de déterminer le couple électromagnétique,

s11 j

s21 j

Pss s1s s2 2 s22 s 22 (III.14)

L’identification terme à terme des deux équations (III.15) et (III.16) nous donne :

(𝑅+𝐾𝑝𝑑

𝐿𝑑) = 2𝜌 ⇒ 𝐾𝑃𝑑 = 2∙ 𝜌 ∙ 𝐿𝑑 − 𝑅

(III.15)

Chapitre III La commande vectorielle

31

l’équation mécanique donne :

J∙𝑑𝛺

𝑑𝑡 = 𝐶𝑒 − 𝑓𝑣 ∙ 𝛺 (III.19)

𝐽

𝑃∙𝑑𝜔

𝑑𝑡 =𝐶𝑒 −

𝑓𝑣

𝑃∙ 𝜔

𝑑𝜔

𝑑𝑡

𝑃

𝐽∙ (𝐶𝑒𝜔 )

s∙ 𝜔= 𝑃

𝐽∙ (𝐶𝑒 −

𝑓𝑣

𝑃∙ 𝜔 )𝜔 =

𝑃

𝑠∙𝐽∙+𝑓𝑣

∙ 𝐶𝑒

La chaîne de régulation de vitesse est donnée par le schéma suivant :

Fig. (III.7) : Schéma fonctionnel du régulateur de vitesse

La fonction du transfert du système en boucle ouverte est :

𝑇𝐵𝑂(𝑠) =(𝐾𝑃𝑉 +𝐾𝑖𝑣

𝑠) ∙ (

𝑃

𝑠∙𝐽∙+𝑓𝑣) =

(𝐾𝑖𝑣+𝑠∙𝐾𝑃𝑉)∙𝑃

𝑠∙(𝑠∙𝐽∙+𝑓𝑣) (III.22)

La fonction du transfert du système en boucle fermée est :

𝑇𝐵𝐹(𝑠) = 𝑇𝐵𝑂(𝑠)

1+𝑇𝐵𝑂(𝑠) (III.23)

Le polynôme caractéristique est :

P(𝑠) = 𝑠2 + (𝑓𝑣+𝑃∙𝐾𝑃𝑉

𝐿𝑞) ∙ 𝑠 +

𝑃

𝐽 (III.24)

En imposant au polynôme caractéristique en B-F deux pôles complexes conjugués :

P(𝑠) = 𝑠2 +2∙ 𝜌 ∙ 𝑠 + 2 ∙ 𝜌2 (III.25)

L’identification terme à terme des deux équations (II-25) et (II-26) nous donne :

𝐾𝑖𝑣 = 2 ∙ 𝜌2 ∙𝑃

𝐽 (III.26)

𝐾𝑃𝑉 =1

𝑃∙ (2 ∙ 𝜌 ∙ 𝐽 ∙ 𝑓𝑣) (III.27)


32

III-8-4 Description du système global

La structure de la commande est constituée de l’association d’une machine

synchrone à aimant permanent dans le repère (d, q) alimenté par un onduleur de tension.

La référence du courant direct id* est fixé à zéro et la sortie du régulateur de vitesse

constitue la consigne du couple.

Fig. (III.6) : Schéma de la commande vectorielle du MSAP

Les références des courants direct id* et iq* sont comparées séparément aux

courants réelles de la machine id et iq, les erreurs sont appliquées à l’entées des

régulateurs, un bloc de découplage génère les tensions de références vdr et vqr, ces

tensions après passage par la transformation de PARK servent de référence des tensions

(Vsa*, Vsb*, Vsc*) pour la commande de l’onduleur [29].

Les tensions de sortie de l’onduleur qui alimente le MSAP sont contrôlées par une

technique de modulation de largeur d’impulsion MLI qui permet un réglage simultané

de la fréquence et de la tension de sortie.

III-9 simulation et résultat

Le système de pompage solaire raccordé au GPV est simulé dans les conditions de

fonctionnement standards figure (III.7) :


33

Fig. (III.7) : Schéma de simulation du système de pompage solaire avec une commande

vectorielle du MSAP

La simulation est réalisée en utilisant des blocs MATLAB / Sim Power System

comme indiqué dans Fig.III-7. La période d'échantillonnage du modèle de contrôle est

1e-3 s. Le moteur de la pompe ne fonctionne pas toujours à la vitesse maximale puisque

la puissance du générateur photovoltaïque est affectée par l'irradiation et la température.

III-9- 1 Résultats de simulation

Le système de pompage raccordé au générateur PV est simulé dans les conditions

de fonctionnement standards Fig. (III.8) et Fig. (III-11)

On fait varier l'éclairement et on relève les courbes de la puissance𝑃𝑃𝑉 , les courants de

phases et la vitesse de rotation du moteur, le couple de charge et de moteur

Les conditions de fonctionnement standards, la température à 25°C et

l'éclairement à 1000 W/m^2


34

(a) (a)

(b) (b)

(c) (c)

(d) (d)

Fig. (III.8) Fonctionnement à 1000 𝑊/𝑚 2 Fig. (III.9) Fonctionnement à 500 𝑊/𝑚

2


35

III-9-2 Discutions des résultats

La puissance Ppv est influencée par la variation de l’éclairement en conséquence

la vitesse est variable suivant la variation de l'éclairement

Les courants statoriques sont influencés par la variation de l'éclairement.

Dans la figure III-8 (d) le couple de charge proportionnel au couple de machine

par contre dans la figure III-9 (d) pas proportionnel et il y a une oscillation dans

le régime transitoire.

III-10 Conclusion

Dans ce chapitre on a vu l’application de la commande vectorielle sur la MSAP

cette stratégie qui nous permet de faire un découplage entre le couple et le flux pour

assurer une commande efficace

Afin d’étudier la stratégie de commande dans ce chapitre, nous avons élaboré un

programme de simulation .Nous en avons donné les résultats dans le cas d’un

démarrage direct en charge.


36

Chapitre IV

Poursuite du point de puissance

maximale

Chapitre IV Poursuite du point de puissance maximale

36

IV-1 Introduction

La puissance électrique produite par un panneau photovoltaïque dépend fortement

de l'ensoleillement et à un degré moins important de la température des cellules. Ces

deux variables influençant sur le comportement du système et présentent des

fluctuations quotidiennes et saisonnières. Pour ces raisons, le panneau photovoltaïque

ne peut fournir une puissance maximale que pour une tension particulière et un courant

bien déterminé ; ce fonctionnement à puissance maximale dépend de la charge à ses

bornes. A cet effet et en fonction du type de cette charge, un dispositif de contrôle devra

être intégré dans le circuit de commande du convertisseur. Ce dernier doit être capable

de faire fonctionner le panneau photovoltaïque à sa puissance maximale. La méthode de

suivi ou "Tracking" connue sous le nom MPPT (Maximum Power Point Tracking) est

basée sur l'utilisation d'un algorithme de recherche du maximum de la courbe de

puissance du panneau photovoltaïque. Contrairement au contrôle à tension fixe, le

tracking n'est pas basé sur une valeur de référence prédéterminée mais il s'agit d'une

recherche de la valeur de référence pour atteindre le maximum de la puissance sur la

caractéristique courant–tension. A noter que le tracking joue un rôle très important

parce qu'il maximise le rendement et réduit au maximum le coût [30].

IV-2 Suivi de la puissance maximale de générateur photovoltaïque

La poursuite du point maximum de la puissance (MPPT) est une partie essentielle

dans les systèmes photovoltaïque. Plusieurs techniques sont développées depuis 1968

dates de publication de la première loi de commande de ce type adaptées à une source

d’énergie renouvelable de type PV. Ces techniques se différent entre eux par leur

complexité, nombre de capteurs requis, la vitesse de convergence, coût, rendement et

domaine d’application. [31]

IV-3 Principe de la recherche du point de puissance maximale (MPPT)

La commande MPPT (Maximum Power Point Tracking) est une commande

essentielle pour un fonctionnement optimal du système photovoltaïque. Le principe de

ces commandes est d'effectuer une recherche du point de puissance maximal (MPPT)

tout en assurant une parfaite adaptation entre le générateur et sa charge de façon à

transférer le maximum de puissance.

La caractéristique de la cellule solaire V-I n’est pas linéaire et varies en fonction

de l’éclairement et la température .il y a un point sur la courbe V-P, V-I on appelle le

point de puissance maximale ce point n’est pas connu, mais peut être calculé.


37

Fig. (IV.1) : présentation du point maximale

IV-4 Critères d'évaluation d'une commande MPPT [32]

La qualité d'une commande MPPT peut définie comme la position du point de

fonctionnement du système par rapport au PPM. La puissance effectivement P délivrée

par le GPV dépend de la commande utilisée au niveau du convertisseur. Le rendement

du point de fonctionnement qui en découle et que nous noterons Ƞ𝑀𝑃𝑃𝑇, permet de

mesurer l'efficacité de la commande. En résumé cela donne le % de pertes de puissance

d'un module PV par rapport à la fourniture de la puissance maximale qu'il pourrait

produire.

Ƞ𝑀𝑃𝑃𝑇 =𝑃

𝑃𝑀𝐴𝑋 (IV.1)

Les performances d'une commande MPPT ne se résument pas à ce seul paramètre

(Ƞ𝑀𝑃𝑃𝑇). D'autres critères, présentés dans la suite, tels que le temps de réponse et son

aptitude à fonctionner sur une large gamme de puissance sont importants pour évaluer

les qualités de ce type de commande.

Simplicité et coût

Complexité de l'algorithme entraînant des difficultés d'implantation et des pertes

liées directement au nombre de calculs nécessaires. En résumé, une commande MPPT

doit avoir un niveau de simplicité important favorisant une faible consommation et donc

un coût de développement raisonnable pour que sa présence compense le surcoût

généré.


38

Réponse dynamique

Une commande MPPT doit avoir un bon comportement en dynamique afin de

pouvoir piloter l'étage d'adaptation et assurer que la recherche du nouveau PPM, suite

aux changements d'éclairement ou de température, soit faite le plus rapidement possible.

Flexibilité

Une commande MPPT doit être précise et stable quelles que soient ses conditions

d'utilisation. C'est-à-dire qu'elle ne doit pas être conçue pour fonctionner pour un seul

type de panneau. Elle doit être la plus universelle possible, capable de fonctionner avec

des panneaux des différentes technologies sans trop de modifications, tout en gardant le

même taux de précision et de robustesse.

Compétitive sur une large gamme de puissance

Par définition, une commande MPPT, utilisée dans des applications

photovoltaïques, est supposée traquer le PPM généré par un module PV, quel que soit le

niveau d'ensoleillement. La commande MPPT est dite compétitive si le PPM est atteint

avec une erreur statique, correspondant à la position du point de fonctionnement par

rapport au

PPM, relativement faible sur une large gamme de puissance.

IV-5 Différents Types De Commandes MPPT

Si l'on veut poursuivre le point PPM réel, il serait nécessaire d'obtenir de

l'information sur la puissance réelle extraite du module PV. Ceci peut être réalisé en

mesurant la tension VPV à la sortie du panneau et le courant IPV qu'il peut fournir. A

partir de la puissance électrique (P = VPV*IPV), on pourra utiliser différents algorithmes

de contrôle pour poursuite le PPM du module PV.

IV-6 La Commande MPPT Perturbation Puis Observation

IV-6-1 Principe des commandes "Perturbation et Observation" (P&O) :

Le principe des commandes MPPT de type P&O consiste à perturber la tension

Vpv d'une faible amplitude autour de sa valeur initiale et d'analyser le comportement de

la variation de puissance Ppv qui en résulte. Ainsi, comme l'illustre la figure II.6, on peut

déduire que si une incrémentation positive de la tension Vpv engendre un accroissement

de la puissance Ppv, cela signifie que le point de fonctionnement se trouve à gauche du

PPM [1].


39

Si au contraire, la puissance décroît, cela implique que le système a dépassé le

PPM. Un raisonnement similaire peut être effectué lorsque la tension décroît. A partir

de ces diverses analyses sur les conséquences d'une variation de tension sur la

caractéristique Ppv (Vpv), il est alors facile de situer le point de fonctionnement par

rapport au PPM, et de faire converger ce dernier vers le maximum de puissance à

travers un ordre de commande approprié.

En résume, si suite à une perturbation de tension, la puissance PV augmente, la

direction de perturbation est maintenue. Dans le cas contraire, elle est inversée pour

reprendre la convergence vers le nouveau PPM.

Fig. (IV.2) Caractéristique Ppv(Vpv) d'un panneau solaire.

IV-6-2 Structure de l'algorithme P&O

La figure IV.3 représente l'algorithme classique associé à une commande MPPT

de type P&O, où l’évolution de la puissance est analysée après chaque perturbation de

tension. Pour ce type de commande, deux capteurs (courant et tension du GPV) sont

nécessaires pour déterminer la puissance du PV à chaque instant.


40

Fig. (IV.3) Algorithme de la méthode P&O.

La méthode P&O est aujourd'hui largement utilisée de par sa facilité

d’implémentation, cependant elle présente quelques problèmes liés aux oscillations

autour du PPM qu'elle engendre en régime établi car la procédure de recherche du PPM

doit être répétée périodiquement, obligeant le système à osciller en permanence autour

du PPM, une fois ce dernier atteint. Ces oscillations peuvent être minimisées en

réduisant la valeur de la variable de perturbation. Cependant, une faible valeur

d'incrément ralenti la recherche du PPM, il faut donc trouver un compromis entre

précision et rapidité. Ce qui rend cette commande difficile à optimiser.

En effet, si on analyse en détail ce mode de recherche, il présente des erreurs

d'interprétation au niveau de la direction à suivre pour atteindre le PPM lorsque des

variations brusques des conditions climatiques ou/et de charge apparaissent, comme

cela est décrit sur la figure IV.4 :


41

.

Fig. (IV.4) Divergence de la commande P&O lors de variation d'irradiation.

Pour comprendre, prenons l'exemple d'un éclairement donné, noté E1, avec un

point de fonctionnement se situant en A. suite à une perturbation de tension de valeur

ΔV, ce dernier bascule en B, impliquant, dans un fonctionnement sans variation

d'éclairement, une inversion du signe de la perturbation due à la détection d'une dérivée

de la puissance négative entraînant en régime d'équilibre, des oscillations autour du

PPM causées par la trajectoire du point de fonctionnement entre les points B et C. on

peut noter que des pertes de transfert de la puissance seront plus ou moins importantes

en fonction des positions respectives des points B et C par rapport à A. Lors d’un

changement d’irradiation (évolution des caractéristiques P(V) du module d’E1 à E2), le

point de fonctionnement se déplace alors de A vers D, qui est interprété dans ce cas-là,

par une variation positive de la puissance. Le système n’ayant pas la possibilité de voir

l’erreur de trajectoire lié au changement de caractéristique, le signe de la perturbation ne

change pas et le système s’éloigne momentanément du PPM en direction du point E. Au

mieux, ceci occasionne une

non- optimisation de la puissance momentanée.

Cependant, dans le pire des cas, le système de recherche peut se perdre et se

retrouver en butée, soit en circuit ouvert soit en court-circuit entraînant une perte

définitive du PPM. Ceci entraînant, en cas de conditions météorologiques défavorables

de fortes lacunes au niveau de la commande.


42

IV-7 MPPT basé sur le Filtre de Kalman

Dans cette partie, nous propose une nouvelle méthode de suivi de point de

puissance maximale (MPPT) pour les systèmes photovoltaïques (PV) utilisant un filtre

de Kalman. Le filtre de Kalman est une approche destinée à estimer l’état d’un

processus caractérisé par un modèle stochastique. Ce filtre permet ainsi de prendre en

compte les bruits de mesure et les erreurs de modélisation. Rudolph Kalman a introduit

sa première approche pour les systèmes linéaires en 1960 en se basant sur une

présentation d’état linéaire d’un processus. La forme continue de ce filtre a, ensuite, été

développée par Richard Bucy et Rudolf Kalman [33].

IV-7-1 Modèle de Filtre de Kalman

Considérons le modèle stochastique défini par les équations différentielles

suivantes :

Où x[k] est l'état et u[k] sont entrées. Les bruits doivent être centrés, blancs, gaussiens

et décarrelés de l’état

Nous supposerons, en outre, que W(t) et V(t) sont non corrélés entre eux. Ces bruits

sont donc entièrement caractérisés par leurs matrices de covariance Q et R.

Etape de correction Etape de prédiction

1)( RCkCHCkHkK TT

)(

kxCkzkKkxkx

kHCkKIkH )(

kBukxAkx

1

QAkAHkH T

1

Tableau IV.1: Etape de correction et de prédiction dans un Filtre de Kalman

kGwkBukAxkx 1 (IV.2)

kvKCxkz (IV.3)


43

IV-7-2 Algorithme MPPT basé sur le filtre de Kalman

L'algorithme P&O est largement utilisé dans les systèmes de génération PV en

raison de sa facilité de mise en œuvre et de son faible coût. Cependant, sa principale

limite est le compromis entre la réponse dynamique et l'oscillation à l'état stable.

Généralement, l'algorithme P&O est exécuté avec un pas fixe. Si ce pas est définie pour

être grand, l'algorithme aura une réponse plus rapide pour suivre le PPM, mais entraîne

une oscillation autour de point PPM en régime permanent. Cette situation est inversée

lorsque le P&O fonctionne avec un pas plus petit. Par conséquent, le suivi du PPM avec

un pas fixe ne fournit pas un compromis satisfaisant entre l'oscillation en régime

permanent et la réponse dynamique. L'efficacité de l'algorithme P&O dépend du pas. En

particulier, il est difficile de trouver un pas optimal pour obtenir une réponse dynamique

rapide avec une faible oscillation dans l'état stationnaire. Le filtre de Kalman proposé

améliore la dynamique et élimine les oscillations en régime permanent [34].

Fig. (IV.5): Schéma fonctionnel du MPPT dans le système PV

Sur la base de la caractéristique P-V, l'algorithme MPPT est donné comme suit :

,

1kV

kPMkVkV

(IV.4)


44

où M est le pas et ,kV

kP

est la pente de puissance instantanée à la sortie du panneau

solaire. La pente de puissance instantanée peut être donnée comme suit :

Fig. (IV.6): Schéma fonctionnel du MPPT dans le système PV avec un contrôleur PI

Sans erreurs dans le système, une tension estimée par MPPT est la même avec

une tension de du GPV. Dans ce cas, (IV.5) est écrit avec la tension actuelle Vact,

Comme suit :

Dans le système PV, (IV.6) doit tenir compte des erreurs causés par les

perturbations et des erreurs de capteur. Lorsque l'erreur est ajoutée comme w [k], on

peut écrire :

,1 kwkV

kPMkVkV

measured

actact

1

1

kVkV

kPkP

kV

kP (IV.5)

kV

kPMkVkV actact

1 (IV.6)

kvkVkV actref (IV. 7)


45

measured

refrefkV

kPMkVkV

1 (IV.8)

Les étapes de prédiction et de correction de MPPT basé sur le filtre est résumé

sur le tableau suivant :

Etape de correction Etape de prédiction

1)( RkHkHkK

)(

kVkVkKkVkV actrefactact

kHkKkH )1(

1

1.1

kVkV

kPkPMkVkV actact

QkHkH

1

Tableau IV.2: Les étapes de prédiction et de correction de MPPT

IV-8 Etude comparative entre Filtre Kalman et P&o

Afin d’évaluer les performances et de comparer les deux algorithmes proposés,

P&O, et MPPT basé sur le filtre de Kalman, des études par simulation ont été réalisées.

IV-9 Simulation et résultats

Le schéma bloc global du système de pompage solaire avec une commande MPPT

basée sur le filtre de Kalman est présenté sur la figure (IV-7) :


46

Fig. (IV.7): Schéma de simulation de système de pompage solaire munie d’une

MPPT

L'étude comparative prend en compte la rapidité du suivi de point de puissance

maximale et l'oscillation autour de point de fonctionnement. Pour comparer les

performances de l’algorithme P&O avec l’algorithme MPPT basé sur Filtre de Kalman

dans les deux régimes (dynamique et statique), P&O et Kalman sont testés avec deux

différents éclairements 1000 et 500. La température de cellules a été maintenue à une

valeur constante de 25°C. Les figures suivantes représentent les résultats de simulation.


47

(a) (b)

(c) (d)

Fig. (IV.8) : Caractéristique électrique et mécanique de MSAP

La dernière section montre les performances des algorithmes MPPT sous deux

niveaux d’éclairement. La comparaison est effectuée entre P&O et MPPT basé le filtre

de Kalman en termes de réponse dynamique et régime permanent. Comme montré dans

la figure (.8), l’algorithme de MPPT basé sur le filtre de Kalman, montre une bonne

performance dynamique par rapport au P&O, il peut converger plus rapidement vers

l’état stationnaire avec une oscillation en régime permanent est presque nulle pour les

différents courbes de puissance, de vitesse et du couple.


48

Conclusion

On peut conclure qu'avec les deux algorithmes, le panneau PV peut fournir la

puissance maximale pour le système de pompage photovoltaïque. Cependant, la

performance du MPPT avec filtre de Kalman est meilleure que celle des algorithmes

traditionnels P&O, il a la capacité de réduire la tension perturbée lorsque le MPP a été

reconnu. Cette action préserve directement une puissance de sortie plus stable par

rapport au MPPT classique où la puissance de sortie fluctue autour de MPP.

Conclusion générale

28

Conclusion générale

Le présent travail a porté sur la modélisation et la simulation des systèmes de pompage

photovoltaïque. Ces systèmes se présentent comme une solution idéale pour l’alimentation en

eau pour les régions isolées.

Dans cette étude, nous avons présenté les modèle mathématiques qui régissent le

fonctionnement de chaque composante du système globale à savoir : le générateur

photovoltaïque, le convertisseur DC/AC et enfin le groupe motopompe.

Le système de pompage solaire est effectué sans aucun stockage d’électricité et réalisé à

l'aide d’une connexion directe au générateur photovoltaïque. Dans cette étude, un moteur

synchrone à aimants permanents avec une tension nominale d’environ 130 V. Alors il ne

nécessite pas des convertisseurs pour augmenter la tension générée par le générateur

photovoltaïque. Une commande vectorielle du MASP est utilisée pour augmenter l'efficacité et la

performance du système ou la vitesse de référence du moteur est modifiée selon la valeur de la

puissance maximale disponible au générateur photovoltaïque. Le point de puissance maximale

est déterminé en utilisant des techniques MPPT (P&O, Filtre Kalman).

Les résultats de simulation elle a montré la différence entre le système de pompage solaire

sans commande MPPT et avec MPPT et ainsi de suit l’influence de l’MPPT sur le rendement de

pompage, aussi la différence entre les deux méthodes de commande MPPT

En ce qui concerne les perspectives de ce travail, nous pouvons citer :

L’optimisation de système de pompage photovoltaïque par des techniques de

l’intelligence artificielle comme les algorithmes génétiques, la logique floue, les réseaux

de neurones artificiels.

Développer des lois de commande à base des techniques intelligentes et ceux-ci en vue

de surmonter les problèmes de non linéarité du modèle imposé par la source PV et la

charge. Par ailleurs, l’amélioration du bilan énergétique pourrait être examinée en

considérant le niveau du flux rotorique comme un degré supplémentaire dans la

procédure d’optimisation.

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[34] : D.BOUKHERS « optimisation d'un système d'énergie photovoltaïque application au

pompage », Mémoire de magister université de Constantine 2007.

Résume

Dans ce travail, le système d'entraînement Solar moto pompe est modélisé et simulé. Le système

d'entraînement proposé ne nécessite aucun type de système de stockage d'énergie et convertisseur DC-

DC. Le système est connecté directement à un réseau photovoltaïque (PV). Ainsi, un système solaire à

faible coût peut être atteint. Un moteur synchrone à aimant permanent à transmission vectorielle

(PMSM) est utilisé comme moteur solaire pour augmenter l'efficacité du système. Le moteur est conçu

pour un niveau de tension nominale d'environ 140 V. La méthode MPPT d'escalade est utilisée pour

équilibrer la puissance du moteur et la puissance PV pour obtenir un rendement élevé. Le point de

puissance maximale est déterminé en utilisant des techniques MPPT (P&O, Filtre Kalman). Les

résultats sont effectués à l'aide des blocs MATLAB / Sim Power System. Les performances du moteur,

du MPPT et du système d'entraînement sont analysées dans différentes conditions comme la

température et l'irradiation du réseau photovoltaïque.

Les Mots clé : Pompage solaire, photovoltaïque, MPPT, MSAP.

Abstract

In this work, the solar motor pump drive system is modeled and simulated. The proposed drive system

does not require any kind of energy storage system and dc-dc converter. The system is connected

directly to a photovoltaic (PV) array. Thus, a low cost solar system can be achieved. A vector

controlled Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is used as a solar motor to rdincrease the

efficiency of system. The motor is designed for a voltage level about 140 V. The hill climbing MPPT

method is used for balanced the motor power and PV power to obtain a high efficiency. The maximum

power point is determined using MPPT techniques (P & O, Kalman Filter). The results are performed

by using MATLAB/Sim Power System blocks. The performances of motor, MPPT and drive system

are analyzed in different conditions as like the temperature and the irradiation of the photovoltaic

network.

Keywords: Pompage solar, photovoltaïque, MPPT, MSAP

ملخص

خزين و محاكاته، هذا النظام لا يحتاج لأي وسيلة ت لقد قمنا في هذا العمل بدراسة نظام التحكم في محرك مضخة مياه قد تم نمذجته

DC/DCكهربائية ولا الى المحول كلفة. . حيث أنه مربوط مباشرة بالألواح الكهروضوئية وبالتالي يتم الحصول على نظام باقل ت

نع لنظام. المحرك صالتحكم الشعاعي في محرك تزامني ذو مغناطيس دائم استعمل مع الألواح الكهروضوئية للزيادة في مردود ا

فولط وقد استعملت تقنية تتبع نقطة الاستطاعة القصوى 140ليشتغل على توتر MPPT للتوازن بين استطاعة المحرك و

PVاستطاعة تقنيات باستخدام للطاقة نقطة أقصى تحديد يتمللحصول على مردود اعظمي

MPPT (P&O, Filtre Kalman). و النتائج تم التأكد منها بواسطة برنامجMATLAB/SimPoweSystem ،كفاءة المحرك ،

MPPT، التحكم تم اختبارهم في مختلف القيم. ونظام

.ألة متزامنة ذات مغناطيس دائم ,تتبع النقطة الاعظمية ,الواح كهروضوئية ,مدخة شمسية : الكلمات المفتاحية

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