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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

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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.

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IntroductionIntroduction

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IntroductionIntroduction

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Cas d’un Panneau photovoltaïqueCas d’un Panneau photovoltaïque

ChargeAC

ChargeDC

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LesLes modesmodes d’exploitationd’exploitation dede

l’électricitél’électricité photovoltaïquephotovoltaïque

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Caractéristiques d’un capteur photovoltaïqueCaractéristiques d’un capteur photovoltaïque

Schéma équivalent d’une cellule PV

Schéma d’un panneau PV

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.

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LesLes modesmodes actuelsactuels d’exploitationd’exploitation

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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.

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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.

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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

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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

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LesLes équationséquations dede lala commandecommande flouefloue Base des règlesBase des règles

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LesLes équationséquations dede lala commandecommande flouefloue FuzzificationFuzzification

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Algorithme de commandeAlgorithme de commande

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SimulationSimulation Schéma de la simulation avec SimulinkSchéma de la simulation avec Simulink

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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.

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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.

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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).

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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.

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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.

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ValidationValidation desdes résultatsrésultats

ModèleModèle mathématiquemathématique dudu panneaupanneau photovoltaïquephotovoltaïque GénéralitésGénéralités

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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).

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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)

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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.

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ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande

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ValidationValidation desdes résultatsrésultats

ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel

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ValidationValidation desdes résultatsrésultats

ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel

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ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel

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ValidationValidation desdes résultatsrésultatsValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel

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ValidationValidation desdes résultatsrésultats

ValorisationValorisation dede l’approchel’approche dede commandecommande Bilan mensuel/annuelBilan mensuel/annuel

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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.