Nouvelles Stratégies de Commande Avancée pour l'Emulation et l'Optimisation de l'Energie Solaire Photovoltaïque

Abstract

Dans la perspective de minimiser les émissions de gaz à effet de serre et de contribuer fortement à l'atténuation du changement climatique, de nombreux chercheurs et scientifiques se sont ingéniés à améliorer la recherche et le développement dans les énergies renouvelables comme une alternative incontournable pour réduire l'utilisation des ressources conventionnelles de production d'électricité. A cet effet, l'énergie solaire photovoltaïque (PV) a connu un intérêt accru ces dernières années. Cependant, sa dépendance aux conditions climatiques empêche les chercheurs d'effectuer leurs tests et leurs expériences aux paramètres météorologiques souhaités de température (T) et d'insolation solaire (G), en plus du coût élevé des panneaux photovoltaïques et de leur grande surface requise. Par conséquent, le besoin d'un système de laboratoire dédié à la réalisation de mesures et d'expérimentation sur les systèmes solaires s'avère nécessaire. L'émulateur du panneau photovoltaïque est alors un dispositif d'électronique de puissance conçu pour accomplir exclusivement cette tâche en reproduisant avec précision le comportement électrique de sources photovoltaïques réelles. En outre, en raison de la non-linéarité de la courbe caractéristique du module photovoltaïque, les algorithmes d'optimisation communément appelés algorithmes de suivi du point de puissance maximale (MPPT) sont utilisés pour récolter la puissance maximale de la source PV à injecter dans le réseau électrique. Le travail proposé apporte une contribution principalement dans deux domaines : premièrement dans l'émulation photovoltaïque afin de reproduire fidèlement les caractéristiques électriques du panneau photovoltaïque et d'imiter le comportement des modules et des générateurs solaires réels indépendamment du changement des conditions environnementales. Deuxièmement dans le système MPPT afin de maximiser l'énergie extraite des modules solaires, et de synchroniser l’onduleur photovoltaïque avec le réseau afin d'injecter ainsi la puissance de crête au moyen du contrôle des quantités de puissance active et réactive. Cette recherche propose alors des nouvelles approches d'émulation solaire, de contrôle et d'optimisation de l'énergie photovoltaïque, elle expose des nouvelles techniques d'émulation et d'optimisation à l'aide des stratégies de contrôle modernes basées sur la commande Lyapunov et Backstepping , la commande par passivité, la commande par réseau de neurones, etc...La contribution principale de ce travail consiste à gérer le problème de précision, de vitesse de convergence et de stabilité dont souffrent plusieurs émulateurs PV et techniques MPPT existants, et à traiter la non-linéarité de la courbe caractéristique PV dans des conditions météorologiques uniformes et non uniformes. Des simulations et des résultats expérimentaux utilisant le logiciel Matlab Simulink et la plateforme dSpace sont donnés et discutés afin de mettre en exergue l'efficacité et les bonnes performances des méthodes de contrôle proposées en comparaison avec les stratégies de contrôle publiées dans cet axe de recherche.