intégration des énergies renouvelables dans les systèmes électriques : régulations et optimisation application au pompage solaire

Abstract

L’énergie solaire est la ressource future susceptible de répondre aux besoins énergétiques croissants, c’est une source d’énergie inépuisable et non polluante pour l’environnement. L’énergie solaire photovoltaïque est un axe principal de l’énergie solaire, elle permet la conversion de l’énergie du rayonnement solaire en énergie électrique. L'application la plus développée de l'énergie solaire photovoltaïque au cours de ces dernières années est certainement celle permettant l’extraction de l’énergie maximale et l’alimentation de tous types d’appareils ou de systèmes électriques. En cas d’excès, le surplus d'énergie fourni par le générateur photovoltaïque peut être injecté dans le réseau électrique. Ces applications doivent inclure nécessairement un onduleur, qui est la pièce principale de ce type d’installation constituée de :  Un générateur photovoltaïque.  Un convertisseur DC/DC pour la poursuite du point de puissance maximale.  Un onduleur utilisé comme interface entre le générateur PV et la charge ou le réseau. L’objectif de ce travail de recherche est l’intégration des énergies renouvelables particulièrement les énergies photovoltaïques dans les alimentations des charges alternatives ou dans les installations de production et d’injection dans le réseau électrique. Pour ce faire, une nouvelle topologique d’onduleur a été étudiée, simulée et réalisée afin de produire une onde sinusoïdale de bonne qualité amplitude et fréquence constantes. Un nouveau concept est proposé dans ce travail pour améliorer la chaine de conversion photovoltaïque classique formée par des panneaux solaires, un hacheur élévateur et un onduleur classique à commande analogique. Le système proposé évite les inconvénients majeurs des systèmes classiques, entre autres, le nombre de composants, l’encombrement ainsi que les pertes et l’utilisation des transformateurs. Ce dernier est basé sur un onduleur survolteur à entrée régulée en tension. Dans l’objectif de minimiser les pertes dans de tel système connu par son faible rendement, toutes les commandes sont implantées sur un système embarqué à base de microcontrôleurs. Ce système numérique exécute simultanément des commandes MPPT, la commande MLIS de l’onduleur ainsi que les commandes du régulateur numérique de la tension à la sortie de l’hacheur BOOST. Au début, un aperçu de la littérature scientifique sur l’énergie solaire photovoltaïque et les différents convertisseurs en rapport avec le sujet de cette thèse a été présenté. La réalisation, après étude et simulation, de l’onduleur survolteur dans sa nouvelle structure constituée par deux hacheurs élévateurs montés en mode différentiel a été décrite. Après sa mise au point pratique nous nous sommes intéressés à la réalisation de l’hacheur survolteur permettant la poursuite du point de puissance maximale par la technique ’’Maximum Power Point Tracking’’ (MPPT) de type Perturbation et Observation ’’PO’’ à pas adaptatif. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la synthèse d’un correcteur proportionnel intégral auto ajustable pour réguler la tension de sortie de l’hacheur survolteur dans tous les points de fonctionnement du système. A la fin, une application sur un système réel a été présentée afin de lier ces travaux de recherche à l’application pratique. Ce système concerne l’alimentation d’une motopompe à moteur asynchrone triphasé commandé par un onduleur à fréquence variable.