Intégration de l’énergie solaire photovoltaïque dans les systèmes électriques : optimisation et régulation

Abstract

Ce travail de thèse a été consacré à l’étude, la régulation et l’optimisation d’une chaine de production d’électricité par conversion photovoltaïque. Au début, une étude bibliographique sur les étages d’un système photovoltaïque a été élaborée. Ce qui nous a permis de choisir la structure adoptée pour notre premier système et dimensionner ses étages. La structure choisie est constituée d’un générateur photovoltaïque, d’un hacheur élévateur, d’un onduleur et d’un filtre. Les premiers tests de notre dimensionnement ont été faits pour une charge résistive. Le comportement du générateur photovoltaïque utilisé et l’influence du changement des conditions climatiques sur son fonctionnement ont été étudiés et simulés sous le logiciel Matlab Simulink. Les résultats de la simulation montrent que la variation de l’irradiation et de la température entrainent la chute de la puissance crête du générateur photovoltaïque. Afin de surmonter cette influence et optimiser le fonctionnement du système, l’algorithme de la recherche du point de puissance maximale perturber et observer a été adopté. Ceci a permis au système d’exploiter la puissance maximale correspondante à chaque valeur de l’irradiation et de la température. Le fonctionnement du système dimensionné et optimisé a été étudié par simulation sous Matlab Simulink. Les résultats de la simulation ont prouvé le bon fonctionnement du système PV. En effet, le générateur PV génère la puissance maximale correspondante aux valeurs de l’irradiation et de la température considérées pendant la simulation. Afin de surmonter la variation de la tension de sortie du hacheur élévateur le système élaboré est doté d’une régulation de la tension de bus continu. Ceci a été assuré par l’intégration d’un correcteur PI qui contrôle l’interrupteur du hacheur élévateur. Les résultats de la simulation du système régulé ont prouvé que la sortie du hacheur suit la référence avec précision. Par la suite, le pompage photovoltaïque a été choisi comme application. En effet, des études théoriques et techniques nous ont mené à choisir, dimensionner et optimiser un système de pompage d’eau photovoltaïque autonome pour des fins d’irrigation. Tout d’abord, on a commencé par déterminer les besoins en eau, choisir le moteur convenable pour l’entrainement de la pompe et calculer la puissance électrique requise pour assurer le débit d’eau nécessaire. La structure du système du pompage contient les mêmes étages que ceux intégrés dans le système étudié au début de cette thèse. Le dimensionnement a été refait afin d’adapter le nouveau système à alimenter un moteur asynchrone triphasé qui entraine une pompe submersible. Afin d’améliorer le débit d’eau pomper même aux conditions climatiques critiques, une optimisation par régulation de débit d’eau en fonction de la puissance photovoltaïque disponible a été mise en place. Ceci a été réalisé par l’introduction d’un régulateur proportionnel intégral qui contrôle la fréquence de commutation des interrupteurs commandés de l’onduleur triphasé. Le système a été implémenté et simulé dans l’environnement MATLAB / SIMULINK pour vérifier ses performances. En fin, une réalisation pratique de certains circuits de la chaine a été mise en place. En effet, une carte de commande du hacheur et de l’onduleur basée sur le microcontrôleur PIC16F876A a été réalisée. C’est une carte programmable directement par un ordinateur dotée d’une interface série RS232. Elle contient un circuit de protection formé par l’opto coupleur HCPL2631 et le driver IR2113 et d’un afficheur 7 segments pour le suivi de la température au niveau des interrupteurs et l’affichage de la tension et du courant pendant les tests.