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GESTION ENERGETIQUE OPTIMALE D’UN SCES
« CAS D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAIQUE »
GESTION ENERGETIQUE OPTIMALE D’UN SCES
« CAS D’UN PANNEAU PHOTOVOLTAIQUE »
Maher CHAABENE Maher CHAABENE (ISET Sfax)(ISET Sfax)
République Tunisienne Ministère de l’Enseignement Supérieur et de Recherche
Scientifique et de la Technologie
Université de Sfax École Nationale d’Ingénieurs de SFAX
Département Génie Électrique
Conférence Mastère CEER
22
SOMMAIRESOMMAIRE
Introduction. Introduction. Adaptation d’un panneau photovoltaïque.Adaptation d’un panneau photovoltaïque.LesLes modesmodes d’exploitationd’exploitation dede l’électricitél’électricité
photovoltaïque.photovoltaïque. Etude d’un cas: Le P.V. domestique.Etude d’un cas: Le P.V. domestique. Conclusion.Conclusion.
33
IntroductionIntroduction
44
IntroductionIntroduction
55
Cas d’un Panneau photovoltaïqueCas d’un Panneau photovoltaïque
ChargeAC
ChargeDC
66
LesLes modesmodes d’exploitationd’exploitation dede
l’électricitél’électricité photovoltaïquephotovoltaïque
77
Caractéristiques d’un capteur photovoltaïqueCaractéristiques d’un capteur photovoltaïque
Schéma équivalent d’une cellule PV
Schéma d’un panneau PV
88
Adaptation d’un panneauAdaptation d’un panneau photovoltaïquephotovoltaïque
caractéristiquecaractéristique courant/tensioncourant/tension d’und’un panneaupanneau photovoltaïquephotovoltaïque
Courbes caractéristiques I-V et P-V pour différentes températures
Courbe I-V pour différents éclairements.
99
PPV
VPV
P1
P2
IPV
VPV
R1
R2
R3
R4
VOC1VOC2
ICC2
ICC1 PPM1
PPM2
VBat
Problème d’adaptation source- chargeProblème d’adaptation source- charge
dans les générateurs PVdans les générateurs PV
1010
Principe Principe d’adaptationd’adaptation source- charge source- charge
PV Charge
Id
Vd
Connexion électrique directeEntre le générateur PV et la charge
Exemple de convertisseur DC-DCUtilisé comme adaptateur entre charge et source
RC
DL
PV C1C2
Control
I0Id
V0Vd
IL
vL
PWM
1111
Interrupteur fermé :
tfermé=vL = Vd
ainsi , aucun courant ne passe dans la charge.
Ttfermé touvert
Vd
Vd - V0
vL = Vd – Vo
Interrupteur ouvert:
touvert=(1-
Ainsi , le courant IL passe dans la charge.
On obtient donc : Vo / Vd = 1/(1- α )On mesure Vd , on se fixe V0 (selon charge) et on calcule α.
La bobine est supposée parfaite, alors : vL = L * diL / dt et vL moyenne=0D’où : Vd * tfermé + (Vd-Vo) * touvert = 0
1212
AdaptationAdaptation d’und’un capteurcapteur photovoltaïquephotovoltaïque
Adaptation par hacheur / Adaptation par hacheur / MPPTMPPT
Adaptation par onduleur : Adaptation par onduleur : monophasé ou triphasémonophasé ou triphasé
Réseau triphasé ou
charge triphasée
1313
LesLes modesmodes d’exploitationd’exploitation dede l’électricitél’électricité photovoltaïquephotovoltaïque
Exploitation deExploitation de l’énergiel’énergie photovoltaïquephotovoltaïque
Le mode autonomeLe mode autonome Pompage d’eau.Pompage d’eau. Centrales photovoltaïques.Centrales photovoltaïques.
Le mode connecté au réseauLe mode connecté au réseau PV connecté au réseau.PV connecté au réseau. Système hybride connecté au réseau.Système hybride connecté au réseau.
1414
LesLes modesmodes d’exploitationd’exploitation dede l’électricitél’électricité photovoltaïquephotovoltaïque
Exploitation deExploitation de l’énergiel’énergie photovoltaïque photovoltaïque
Le Le mode hybridemode hybride système PV/thermique.système PV/thermique. Système PV/batteries.Système PV/batteries. Système PV/cellule à combustible.Système PV/cellule à combustible. Système hybride PV/source auxiliaire.Système hybride PV/source auxiliaire.
1515
LesLes modesmodes actuelsactuels d’exploitationd’exploitation
1616
Etude d’un cas: Le P.V. domestique.Etude d’un cas: Le P.V. domestique.
PrésentationPrésentation dede l’approchel’approche La logique de commande est basée sur:
la lecture de la puissance du PV et l’état des récepteurs.
La commande des relais des récepteurs en se basant sur des critères d’optimisation.
1717
LesLes détailsdétails dede l’approchel’approche
Schéma synoptiqueSchéma synoptique
La commande consiste à:
lire la puissance de PV et les états des récepteurs.
commander les relais sous des contraintes.
1818
LesLes équationséquations dede lala commandecommande flouefloue
Dans cette étude on mène à la fois deux configurations:Dans cette étude on mène à la fois deux configurations: RPI: RRPI: Réécepteurs de Puissances Identiques.cepteurs de Puissances Identiques. RPD.: RRPD.: Réécepteurs de Puissances Diffcepteurs de Puissances Difféérentes.rentes. Base de connaissances de l’expertBase de connaissances de l’expert (partition floue)(partition floue)
RelaisRelaisRécepteRécepteursurs
1919
Base de connaissances de l’expertBase de connaissances de l’expert (partition floue)(partition floue)
Puissance PV
(mode RPD)
Puissance PV
(mode RPI)
Les équations de la commande floueLes équations de la commande floue
2020
LesLes équationséquations dede lala commandecommande flouefloue Base des règlesBase des règles
2121
LesLes équationséquations dede lala commandecommande flouefloue FuzzificationFuzzification
2222
Algorithme de commandeAlgorithme de commande
2323
2424
SimulationSimulation Schéma de la simulation avec SimulinkSchéma de la simulation avec Simulink
2525
RésultatsRésultats dede simulationsimulation Simulation du système RPISimulation du système RPI
on remarque que lorsque la puissance débitée par le panneau PV est faible (inférieure à 150 W), le seul récepteur alimenté est celui n°1 (le plus prioritaire). Cependant, lorsque cette puissance croit jusqu’à atteindre son maximum, les récepteurs 2, puis 3, puis 4, puis 5 sont successivement alimentés ce qui met en évidence leurs priorités.
2626
Simulation du Simulation du système RPIsystème RPI
On remarque que les récepteurs 2 et 4 sont déconnectés du panneau même si la puissance de ce dernier permet leur alimentation (temps = 500). La notion de priorité réparait de nouveau.
2727
Simulation du système RPDSimulation du système RPD
A travers cette simulation on voit que plus qu’un récepteur est de faible puissance plus qu’il est sollicité. Cela est dû au fait que le contrôleur cherche à exploiter le maximum de puissance venant du panneau PV et ce ; en faisant appel aux récepteurs de faibles puissances pour consommer les puissances déduites des récepteurs de forte puissance. Cela est prouvé par le fait que le récepteur 5 ne fonctionne que lorsque le panneau PV offre une puissance assez considérable et dans ce cas il devient le plus prioritaire (instants entre 500 et 1000).
2828
Simulation du système RPDSimulation du système RPD on a fermé les interrupteurs des récepteurs 1, 2, 3 et 6 et on a ouvert ceux des récepteurs 4 et 5 puis on a effectué une variation arbitraire de la puissance de 0 jusqu’à 1000W et inversement. A travers cette expérience on voit que lorsque le panneau offre une puissance supérieure à 500W, le récepteur 6 est privilégié pour être alimenté du panneau. Le reste de la puissance est répartie entre les récepteurs 1, 2 et 3 dans un ordre de priorité favorisant toujours le récepteur le plus puissant.
2929
ValidationValidation desdes résultatsrésultatsStratégieStratégie dede validationvalidation
Dans l’objectif de valider la solution proposée, on a excité le contrôleur implanté par la sortie du modèle d’un panneau PV de 1000Wp. Ce modèle fait appel, à son tour, aux évolutions de l’ensoleillement et de la température ambiante du site Sfax en fonction du temps.
3030
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ModèleModèle mathématiquemathématique dudu panneaupanneau photovoltaïquephotovoltaïque GénéralitésGénéralités
3131
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ModèleModèle mathématiquemathématique dudu panneaupanneau photovoltaïquephotovoltaïque Application à un panneau PV SM50 (Siemens) (50Wp)Application à un panneau PV SM50 (Siemens) (50Wp)
Or dans notre cas on a fixé la tension aux bornes du panneau PV à 12V par un étage MPPT, à l’aide d’un bloqueur de tension (telle qu’une batterie).
3232
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ModèleModèle mathématiquemathématique dudu panneaupanneau photovoltaïquephotovoltaïque
Modèle de puissance du panneau PV (50W)Modèle de puissance du panneau PV (50W)
Modèle de puissance du panneau PV (1000W)Modèle de puissance du panneau PV (1000W)
3333
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
LesLes courbescourbes dede simulationsimulation Le récepteur de Le récepteur de plus faible plus faible puissance et celui puissance et celui qui subit le plus de qui subit le plus de commutation vu commutation vu qu’il est le plus qu’il est le plus prioritaire et donc prioritaire et donc il sert à récupérer il sert à récupérer les petites les petites puissances puissances restantes des restantes des grands récepteurs.grands récepteurs. Le respect de la Le respect de la priorité des priorité des récepteurs.récepteurs. Le récepteur de Le récepteur de 500 W n’a pas pu 500 W n’a pas pu être alimenté par être alimenté par le panneau PV vu le panneau PV vu que notre que notre commande le commande le considère le moins considère le moins prioritaire.prioritaire.
3434
ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande
3535
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel
3636
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel
3737
ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel
3838
ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel
3939
ValidationValidation desdes résultatsrésultats
ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel
4040
CONCLUSIONCONCLUSION
Cet exposé s’est intéressé à l’optimisation de Cet exposé s’est intéressé à l’optimisation de gestion de l’énergie produite par un SCES.gestion de l’énergie produite par un SCES.
Une étude du cas d’un panneau photovoltaïque de Une étude du cas d’un panneau photovoltaïque de 1kWp pour alimenter une installation domestique a 1kWp pour alimenter une installation domestique a
été présentée.été présentée.
L’appoint complémentaire est assuré par le réseau L’appoint complémentaire est assuré par le réseau électrique.électrique.
Ce mode de gestion est engagé en vue d’offrir le Ce mode de gestion est engagé en vue d’offrir le maximum d’économie d’énergie.maximum d’économie d’énergie.
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maherchaabane@yahoo.comMaher.chaabane@isetsf.rnu.tn
maherchaabane@gmail.com