Poursuite du Point de Puissance Maximale (MPPT)

Des méthodes de commandes spécifiques existent pour amener des dispositifs à fonctionner à des points maximums de leurs caractéristiques sans qu’a priori ces points soient connus à l’avance, ni sans que l’on sache à quel moment ils ont été modi_és ni qu’elles sont les raisons de ce changement. Pour le cas de sources énergétiques, cela se traduit par des points de puissance maximale. Ce type de commande est souvent nommé dans la littérature _ Recherche du Point de Puissance Maximum _ ou bien _ Maximum Power Point Tracking_ en anglosaxon (MPPT). Le principe de ces commandes est d’e_ectuer une recherche du point de puissance maximal (PPM) tout en assurant une parfaite adaptation entre le générateur et sa charge de façon à transférer le maximum de puissance. La fegure1.14 représente une chaîne élémentaire de conversion photovolta ïque élémentaire associée à une commande MPPT. Pour simpli_er les conditions de fonctionnement de cette commande, une charge DC est choisie. Comme nous pouvons le voir sur cette chaîne, la commande MPPT est nécessairement associée à un quadripôle possédant des degrés de liberté qui permettent de pouvoir faire une adaptation entre le GPV et la charge. Dans le cas de la conversion solaire, le quadripôle peut être réalisé à l’aide d’un convertisseur DC-DC de telle sorte que la puissance fournie par le GPV corresponde à la puissance maximale (PMAX) qu’il génère et qu’elle puisse ensuite être transférée directement à la charge. La technique de contrôle communément utilisée consiste à agir sur le rapport cyclique de manière automatique pour amener le générateur à sa valeur optimale de fonctionnement qu’elles que soient les instabilités météorologiques ou variations brutales de charges qui peuvent survenir à tout moment. Il existe plusieurs principes de fonctionnement des commandes MPPT plus ou moins performantes basées sur les propriétés du GPV. Une synthèse des principaux modes de recherche du PPM existants et les points qu’il restait à améliorer ont été présentée [17].

Principe des commandes « Perturb and Observe (PO) »

La méthode perturbation et observation ‘P&O’, est la plus utilisée, car son algorithme est facile à implémenter et elle donne un bon résultat. Comme son nom l’indique ce processus fonctionne par une perturbation du système en augmentant ou en diminuant la tension de fonctionnement du module puis l’observation du comportement de la variation de puissance du panneau qui en résulte, mais il présente des oscillations autour du MPP et il peut diverger à l’évolution rapide des conditions atmosphériques, aussi le temps de calcul dépend aux conditions initiales. La _gure1.15 montre le principe de l’algorithme PO. Premièrement, le courant et la tension du générateur photovoltaïque sont détectés à un point puis la puissance est calculée correspondant à ce point. Si la puissance est supérieure à sa valeur précédente alors la puissance augmente (>0) dans cette direction le point de fonctionnement se déplace vers son point de puissance maximale et la tension est perturbée par augmentation ce qui signi_e que le rapport cyclique du convertisseur a été augmenté. Mais si la puissance tirée du générateur photovolta ïque est inférieur à celle de précédente (<0) alors le point de fonctionnement se déplace loin de la puissance maximale, la tension est alors perturbée dans le sens inverse en diminuant la tension pour la diminution du rapport cyclique. Si la valeur de puissance est la même que la précédente (P=0) alors le point de puissance maximum est atteint [10] [14] . La _gure représente l’algorithme classique associé à une commande MPPT de type PO, où l’évolution de la puissance est analysée après chaque perturbation de tension. Pour ce type de commande, deux capteurs (courant et tension) sont nécessaires pour déterminer la puissance du GPV à chaque instant.

Principe de fonctionnement un générateur électrochimique est essentiellement basé sur la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique. Toute réaction d’oxydoréduction, pourvu qu’elle soit spontanée, c’est-à-dire accompagnée d’une diminution d’énergie libre, est en e_et susceptible de donner naissance à un courant électrique lorsqu’elle a lieu dans des conditions appropriées. Pour cela, il faut que l’échange des électrons de valence s’e_ectue par le canal d’un circuit extérieur au système. Ainsi la combustion libre de l’hydrogène produisant de l’eau et de l’énergie calori_que ne peut donner naissance à un courant car l’échange électronique s’accomplit directement, en quelque sorte par un court-circuitage moléculaire [14] . En charge, l’énergie électrique est convertie et stockée sous forme d’énergie chimique à travers des réactions d’oxydoréduction. En décharge, l’élément fonctionne en mode générateur. Dans ce cas, l’énergie chimique est convertie en énergie électrique, et les réactions inverses se produisent aux électrodes. Figure 2.33 _ Principe de fonctionnement d’un accumulateur en charge et décharge Un accumulateur est constitué principalement, de deux électrodes qui permettent de stocker les électrons à l’issue des réactions électrochimiques d’oxydor éduction.

Ces électrodes sont immergées dans l’électrolyte qui permet le transport des espèces ioniques d’une électrode à l’autre. Le séparateur permet l’isolation électrique pour assurer le passage des électrons via le circuit électrique extérieur. En_n, pour assurer le contact avec ce circuit extérieur, des collecteurs de courant, bons conducteurs électroniques, sont présents à chaque électrode. La _gure 1.1 présente le schéma de principe de fonctionnement d’un accumulateur pour les modes de décharge (a) et de charge (b). Généralement, on entend par accumulateur la cellule électrochimique composée de deux électrodes et de l’électrolyte. La dénomination batterie désigne plutôt l’ensemble de cellules connectées en série ou/et en parallèle, d’où le nom de batterie d’accumulateur. Néanmoins, le terme de batterie est souvent appliqué à la cellule seule ou élément. Pour distinguer les électrodes, en considérant la décharge, l’électrode négative est appelée anode car elle est le siège de réactions d’oxydation et l’électrode positive, siège de réactions de réduction, est appelée cathode. En revanche, en charge, les réactions aux électrodes sont inversées : oxydation à la positive et réduction à la négative.

Conclusion générale

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la modélisation et de l’optimisation d’un générateur photovoltaïque fonctionnant avec un convertisseur SEPIC pour l’alimentation d’une charge suivant un cahier de charge. Ce convertisseur présente l’avantage d’être un élévateur et abaisseur de tension ce qui permet à ce système de s’adapter aux changements météorologiques et pour extraire le maximum de puissance disponible. En début et en _n de journée, lorsque la tension du panneau solaire est inf érieure à la tension de la batterie, le convertisseur SEPIC, permet de récupérer un peu d’énergie supplémentaire pour assurer la recharge de la batterie. L’étude de la technologie photovoltaïque au début de notre travail, nous a permis de bien comprendre le fonctionnement de la cellule photovoltaïque et l’application des modules photovoltaïques dans la production de l’électricité. De même, l’étude théorique des déférents convertisseurs DC/DC nous a bien permis de faire un bon dimensionnement du convertisseur SEPIC et de comprendre son fonctionnement ainsi que la détermination de ses paramètres. En utilisant un modèle de panneau solaire SunPower 305 détaillé sur MATLAB nous a permis de représenter les principales caractéristiques du panneau PV ainsi de déterminer les caractéristiques I-V et P-V du panneau. Ce modèle a été validé en comparant les résultats de simulation avec les mesures. La simulation du système a été e_ectuée en détails et en plusieurs étapes pour bien illustrer le fonctionnement du générateur photovoltaïque et son comportement face à la charge avec ou sans stockage. Les résultats de la simulation ont démontré l’intérêt d’un dispositif de recherche de la puissance maximale.

La méthode PO (perturbation and observation) a été choisie pour implanter un algorithme de poursuite du point de fonctionnement à puissance maximale du panneau PV (MPPT). Les résultats expérimentaux obtenus démontrent l’e_cacité du convertisseur SEPIC et de l’algorithme de poursuite du point de fonctionnement à puissance maximale dans l’optimisation de la performance du système PV étudié. Néanmoins les résultats de ce modeste travail constituent les bases d’un travail à poursuivre et à améliorer pour une étude beaucoup plus approfondie qui pourra faire l’objet d’une thèse de doctorat. Ainsi, les perspectives futures sont dans un premier temps la la réalisation pratique et la localisation précise de probables lieux d’implantation susceptibles de donner l’énergie optimale de la ressource PV en cette région. Ceci constituera une évaluation régionale du potentiel photovoltaïque, permettant une intégration dans le réseau a _n d’améliorer la qualité de l’énergie et optimiser le rendement des futurs sites. Puis nous pouvons améliorer cette recherche par des études comparatives des di_érentes modèles du MPPT, et d’autres pour l’intégration de protections et l’amélioration d la _abilité . Nous espérons avoir posé une pierre dans le domaine de l’énergie solaire dans le niveau local, ce qui donnera une impulsion à la recherche dans cet axe, en vue d’une prise de conscience de _ l’après pétrole _, du respect de l’environnement et du développement durable.