ÉTUDE DES DIFFÉRENTS CHARGEURS DE BATTERIE NON ISOLÉS

Rappel sur l’énergie solaire

L’énergie est devenue un élément prépondérant au bien-être de l’humanité grâce à l’électricité. Les énergies renouvelables, comme les systèmes éoliens et photovoltaïques, tendent à être de plus en plus utilisées dans un monde qui prend conscience de l’importance de l’écosystème, notamment depuis le protocole de Kyoto en 1997, qui impose aux pays de réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Cette tendance se confirme partout dans le monde, en effet : Le soleil possède l’avantage d’être une source d’énergie inépuisable. Le but de ce mémoire est d’optimiser au maximum une de ces énergies renouvelable, en l’occurrence les panneaux photovoltaiques, dans le but de rendre leurs utilisations plus fréquentes au détriment d’autres énergies (comme les énergies nucléaires qui représentent, par exemple, 80% des énergies produites par la France).

Les énergies renouvelables n’occupent pas encore une place prépondérante, car certains paramètres ont besoin d’être améliorés dans le but de rendre ces énergies plus compétitives. En effet, l’intérêt pour les énergies renouvelables est récent : depuis le choc pétrolier de 1973 et l’augmentation du prix des hydrocarbures. Cela explique l’essor de ces énergies dans les pays industrialisés, qui utilisaient auparavant des sources d’énergies facilement exploitables sur leurs territoires respectifs (pétrole aux Etats Unis, charbon en Grande-Bretagne…). De nombreux progrès restent donc à faire, car les techniques utilisées sont encore jeune. En revanche leur autonomie constitue d’hors et déjà un avantage financier, n’ayant pas besoin d’être raccordé à un réseau. Malgré cela, cette technologie reste encore trop couteuse et possède un rendement encore insuffisant pour permettre une augmentation de son industrialisation.

Ces insuffisances tendent tout de même à s’améliorer. En 20 ans, le prix des modules photovaoltaique a diminué sensiblement, comme le montre le graphique : Aussi, on recense 2 milliards de personnes qui n’ont pas d’accès à l’électricité. Dans ces régions isolées, les énergies renouvelables permettraient la production d’électricité locale. Les panneaux photovoltaïques peuvent être placés sur le toit des maisons à proximité des zones jusqu’à présent défavorisés. Cela permet donc de fournir de l’électricité directement aux particuliers, sans qu’il soit nécessaire de créer des réseaux coûteux de transport d’énergie jusqu’à ces endroits du globe. Mais ces zones sont souvent situées dans pays en voie de développement, qui n’ont pas les moyens de financer de telles infrastructures.

Historique de la cellule photovoltaïque L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par Alexandre Edmond Becquerel. C’est seulement environ un siècle plus tard, en 1916, que Robert Millikan sera le premier à produire de l’électricité avec une cellule solaire. Mais cette découverte n’est à l’époque qu’anecdotique au vu du rendement énergétique pour transformer la lumière du soleil en énergie. C’est l’industrie spatiale que remettra ce phénomène au-devant de la scène, dans les années 50. Les panneaux solaires étant le seul moyen non nucléaire d’alimenter des satellites en énergies. Le choc pétrolier dans les années 70, la découverte de la méthode pour trouver le MPPT (conséquence des recherches dans le domaine spatial) ainsi que les efforts consentis pour réduire le coût des panneaux, ont favorisé la commercialisation de cette énergie renouvelable. En 1973, la première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite. Aujourd’hui, des centrales solaires sont en construction dans le monde entier.

La jonction PN : Une cellule photovoltaïque est assimilable à une diode photosensible, son fonctionnement est basé sur les propriétés des matériaux semi-conducteurs. La cellule photovoltaïque permet la conversion directe de l’énergie lumineuse en énergie électrique. Son principe de fonctionnement repose sur l’effet photovoltaïque. Une cellule est constituée de deux couches minces d’un semi-conducteur. Ces deux couches sont dopées différemment (pour la couche N, apport d’électrons périphériques; pour la couche P, qui a un déficit d’électrons). Ces deux couches présentent ainsi une différence de potentiel. L’énergie des photons lumineux captés par les électrons périphériques (couche N) leur permet de franchir la barrière de potentiel et d’engendrer un courant électrique continu. Pour effectuer la collecte de ce courant, des électrodes sont déposées par sérigraphie sur les deux couches de semi-conducteur. L’électrode supérieure est une grille permettant le passage des rayons lumineux. Une couche antireflet est ensuite déposée sur cette électrode afin d’accroître la quantité de lumière absorbée. Le matériau le plus répandu dans les cellules solaires est le silicium. Il existe plusieurs types de cellules solaires :

Conclusion Voici un tableau récapitulatif des performances des différentes simulations pour les différentes commandes utilisées pour l’onduleur : La commande non linéaire sans filtre permet la meilleure correction du TDHi. La commande avec le filtre Notch obtient le plus mauvais TDHi. En observant les temps de la régulation du Vdc, on s’aperçoit que la commande sans filtre est plus rapide et la commande Notch est la plus lente. En récapitulatif, la commande non linéaire sans filtre est la meilleure. En deuxième, on choisira la commande non linéaire simple. On note que la commande avec le filtre Notch possède le moins bon résultat pour le dépassement du Vdc, et que le filtre FMV possède les moins bons résultats pour la vitesse de régulation du Vdc ainsi que pour le TDHi. On classe finalement le filtre Notch troisième et le filtre FMV quatrième. Concernant la qualité du réseau électrique, on a donc trouvé, pour chaque commande utilisée pour l’onduleur, un taux de distorsion harmonique inférieure à 5%, respectant ainsi la norme IEEE519-1992, on peut donc considérer que les quatre commandes synthétisée présentent des résultats acceptables.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 CHOIX DU CHARGEUR DE BATTERIE
1.1 Introduction
1.2 Caractéristique de la batterie
1.2.1 La résistance interne de l’accumulateur
1.2.2 La tension à vide
1.2.3 La tension nominale
1.2.4 La tension de fin décharge
1.2.5 La capacité
1.2.6 Le taux de décharge et recharge
1.2.7 Profondeur de décharge
1.2.8 Influence des paramètres extérieurs
1.2.9 Durée de vie et nombre de jour d’autonomie
1.2.10 Énergie
1.2.11 État de charge de l’accumulateur
1.2.12 Circuit équivalent
1.3 Étude de l’art des différents accumulateurs existants
1.4 Type d’accumulateurs existants
1.4.1 Accumulateur Pb
1.4.2 Accumulateur Ni-Cd
1.4.3 Accumulateur NiMH
1.4.4 Accumulateur Li-ion
1.5 Conclusion
CHAPITRE 2 ÉTUDE DES DIFFÉRENTS CHARGEURS DE BATTERIE NON ISOLÉS
2.1 Introduction
2.2 Convertisseur Boost
2.3 Convertisseur Buck
2.4 Convertisseur Sepic
2.5 Convertisseur Bidirectionnel Boost-Buck
2.6 Convertisseur Bidirectionnel Buck-Boost
2.7 Convertisseur Bidirectionnel Buck-Boost avec tension de sortie négative
2.8 Conclusion
CHAPITRE 3 ETUDE DE LA TECHNOLOGIE SOLAIRE
3.1 Généralités
3.1.1 Rappel sur l’énergie solaire
3.1.2 L’effet photovoltaïque
3.1.3 Historique de la cellule photovoltaïque
3.2 La jonction PN
3.3 Modélisation d’un panneau (Cellule photovoltaïque)
3.4 Influence du rayonnement solaire et de la température
3.5 Différentes techniques du MPPT
3.5.1 Perturbation et observation
3.5.2 Conductance incrémentale
3.6 Conclusions
CHAPITRE 4 SYSTÈME PHOTOVOLTAIQUE CONNECTÉ AU RÉSEAU ÉLECTRIQUE
4.1 Schéma électrique global
4.2 Modélisation et commande du convertisseur Boost
4.3 Commande non linéaire de l’onduleur
4.3.1 Commande non linéaire simple
4.3.1.1 Modélisation dans le plan « abc»
4.3.1.2 Conversion abc/dq du modèle du filtre
4.3.1.3 Stratégie de la commande de la compensation de la linéarité
4.3.1.4 Boucles des courants
4.3.1.5 Boucle de régulation de la tension du bus DC
4.3.1.6 Extraction des référence harmoniques
4.3.2 Commande non linéaire avec le filtre adaptatif Notch
4.3.3 Commande non linéaire avec le filtre multi-variable (FMV)
4.3.4 Commande non linéaire sans filtre
4.4 Résultats de simulation
4.4.1 Commande non linéaire simple
4.4.1.1 Montage sans batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.1.2 Montage avec variation de la charge de la batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.1.3 Montage avec variation de la charge avec batterie et ensoleillement constant
4.4.1.4 Montage avec variation de l’ensoleillement charge et batterie constant
4.4.2 Commande non linéaire avec filtre FMV
4.4.2.1 Montage sans batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.2.2 Montage avec variation de la charge de la batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.2.3 Montage avec variation de la charge avec batterie et ensoleillement constant
4.4.2.4 Montage avec variation de l’ensoleillement charge et batterie constant
4.4.3 Commande non linéaire avec filtre Notch
4.4.3.1 Montage sans batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.3.2 Montage avec variation de la charge de la batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.3.3 Montage avec variation de la charge avec batterie et ensoleillement constant
4.4.3.4 Montage avec variation de l’ensoleillement charge et batterie constant
4.4.4 Commande non linéaire sans filtre
4.4.4.1 Montage sans batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.4.2 Montage avec variation de la charge de la batterie, charge et ensoleillement constant
4.4.4.3 Montage avec variation de la charge avec batterie et ensoleillement constant
4.4.4.4 Montage avec variation de l’ensoleillement charge et batterie constant
4.5 Comparaison de la régulation du bus continu
4.6 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES