Memoire 11

Introduction générale
Le système de conversion d’énergie photovoltaïque est la base de plusieurs travaux

d’ingénierie et de recherche. En effet, l'électrification par l'énergie solaire photovoltaïque est
une solution alternative pour un habitat en site isolé ou connecté au réseau électrique. Elle
permet de couvrir partiellement ou totalement les besoins domestiques d'une résidence
principale en utilisant des appareils standards (électroménager, téléviseur, chaine haute‐
fidélité, micro‐ informatique, etc..) et des équipements spécifiques économes en énergie
(éclairage et froid).
En effet, l’énergie photovoltaïque est une énergie renouvelable et propre et que le

rendement actuelles de cellule photovoltaïque et de 10%. Le taux de 10% du l’énergie solaire
présente une quantité infini d’énergie. Ainsi la conception et la réalisation des systèmes de
conversion de cette énergie et devenu très importante grâce au sur retombé socioéconomique.
L'intégration partielle ou totale d'une source photovoltaïque dans une installation

domestique offre d'une part une économie d'énergie importante ce qui influe sur la production
nationale de l'électricité d'autre part une réduction de la facture de consommation des
abonnés.
En conséquence, elle est importante de concevoir et de réaliser une installation intégrant

deux panneaux photovoltaïques. L'installation proposée est basée sur une chaine de
conversion et de gestion d'énergie obtenue par l'associons de deux panneaux photovoltaïques
de type poly-cristallin et d'une batterie de stockage. Ces éléments sont interconnectés à l'aide
des convertisseurs statiques (un hacheur survolteur et un onduleur monophasé).
L’objectif de ce travail est de contribuer à la réalisation d'une plateforme expérimentale

pour une meilleure compréhension des performances de convertisseur DC-DC lors qu’il est
couplé à un générateur photovoltaïque et le convertisseur DC-AC lors qu’il est couplé à un
convertisseur DC-DC adapté.
La présentation et la description de cette plateforme est formulé dans ce mémoire et

structuré en quatre chapitre.
P a g e 1 | 62
Dans le premier chapitre, une description générale sur les différentes topologies des
systèmes photovoltaïques. Elle a permis de poser la problématique dans le contexte tunisien
lorsque la consommation est importante.
Le deuxième chapitre s’intéresse à la modélisation des différents composants d’un

système d'intégration des énergies photovoltaïques dans un micro réseau. Ainsi que la
modélisation et simulation seront effectués sous le logiciel Matlab/ Simulink.
Le troisième chapitre est l'objet de cette étude traite les méthodes des réalisations d'un
hacheur survolteur et d'un onduleur monophasé qui vise à faire obtenir une courant alternative
à partir d’une tension continue.
Dans le dernier chapitre, on présente la réalisation pratique du système et les résultats

pratiques de validation expérimentale du système d'intégration d'énergie photovoltaïque.
Enfin une conclusion qui clôture notre travail et des perspectives qui ouvrent des
horizons à ce sujet.
P a g e 2 | 62
Chapitre I: Etat d’art du système
photovoltaïque pour l’habitat

Chapitre I: Etat d'art du système photovoltaïque pour l'habitat
I.1. Introduction
L’énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d’une partie du

rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d’énergie s’effectue par le biais
d’une cellule dite photovoltaïque (PV) basée sur un phénomène physique appelé
photovoltaïque. Ce mécanisme a été découvert en 1839 par Antoine Becquerel mais il n'a été
expliqué que près d'un siècle plus tard par Albert Einstein, ce qui lui a valu le Prix Nobel de
physique en 1921[6].
Il consiste à produire une force électromotrice lorsque la surface de cellule est exposée à
la lumière. La tension générée peut varier en fonction du matériau utilisé pour la fabrication
de la cellule. L’association de plusieurs cellules PV en série/parallèle donnent lieu à un
générateur photovoltaïque (GPV) qui a une caractéristique courant- tension (I-V) non linéaire
présentant un point de puissance maximale.
Ainsi, l’énergie solaire photovoltaïque désigne l’électricité produite par transformation

d’une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont
reliées entre-elle et forment un panneau solaire (ou module) photovoltaïque qui sont tout
simplement un assemblage de cellule photovoltaïque, chacune d’elle délivrant une tension de
0.5V a 0.6V. Elles sont donc assemblées pour crée des modules photovoltaïques de tension
normalisée. Ce générateur photovoltaïque peut être associé à une charge domestique via des
convertisseurs d’adaptation d’énergie.
I.2. Etat d’art des différentes topologies du système photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque peut être utilisée par plusieurs manières :
 Sur un site non raccorde au réseau, appelé site isolé ou système photovoltaïque
autonome
 Sur un site raccordé au réseau. Le courant produit par un panneau
photovoltaïque et directement injecté dans le réseau. Un compteur mesure
l’électricité produit en KWh. Ce type d’installation est plus répandu. Ceci est
essentiellement lié au prix avantageux de revente de l’électricité.
 Sur un site raccordé au mini réseau, appelé site Systèmes photovoltaïques
autonomes hybrides.
P a g e 4 | 62
I.2.1. Systèmes photovoltaïques autonomes
Ce sont les systèmes photovoltaïques non connectés au réseau. Leurs rôles est
d’alimenter un ou plusieurs consommateurs situés dans une zone isolée du réseau électrique.
Ils sont utilisés lorsque le réseau de distribution est inexistant ou lorsque les coûts de
raccordement à ce réseau sont onéreux. La figure (I.1) présente un exemple d’un système PV
autonome.
Figure I. 1: Système photovoltaïque autonome [10]
Le système est composé principalement par un onduleur et des générateurs PV

associés à un système de stockage afin d’assurer l’alimentation à chaque instant. Les
batteries de stockage sont utilisées en tampon, elles sont rechargées en cas de surplus de
production et déchargées en cas de surconsommation.
A signaler que le système de stockage représente une partie très importante du coût de
l’installation, et ces conditions de fonctionnement sont très contraignant. En effet, un sous-
dimensionnement a pour conséquences un vieillissement prématuré du système de stockage
alors qu’un surdimensionnement peut conduire à un surcoût économique.
I.2.2. Systèmes photovoltaïques autonomes hybrides
Les systèmes Hybrides sont généralement des systèmes photovoltaïques (PV) couplés à
d’autres sources comme par exemple une éolienne ou un groupe électrogène.
La figure (I.2) représente un système hybride avec éolien. L’énergie produite par celle-
ci vient compléter la charge des batteries. Sa production étant plus aléatoire que celle des
panneaux solaires, elle complète efficacement un générateur photovoltaïque pour des
applications particulièrement gourmandes en électricité, qui ne nécessitent pas de fonctionner
de façon régulière, mais au gré du vent [1].
P a g e 5 | 62
Figure I. 2: Schéma principale un système hybride avec éolien [1]
La figure (I.3) représente un système hybride avec groupe électrogène. Ce type de

configuration est adapté aux applications très consommatrices d’électricité mais qui ne
fonctionnent qu’une, deux ou trois heures par jour. Il peut aussi être utilisé comme "secours",
permettant de limiter la taille du parc de batteries pour les jours "sans soleil". A son
démarrage, le groupe électrogène devient une source principale afin de fournir pour tous les
appareils dans la maison tout en complétant la charge des batteries au travers du
convertisseur-chargeur. Lorsque le groupe s’arrêtera, le système basculera automatiquement
sur les batteries.
Panneau PV
DC Onduleur Compteur
AC module PV
Batterie AC Onduleur
DC batterie
Génerateur
Figure I. 3: Schéma principale un système hybride avec groupe électrogène [9]
Par rapport au système hybride avec éolien, celui à groupe électrogène est plus cher au
niveau du coût de fonctionnement (coût du fuel) et plus impactant sur l’environnement.
Cependant, le groupe électrogène est capable de satisfaire immédiatement les changements de
consommation pendant un court du temps.
P a g e 6 | 62
I.2.3. Système photovoltaïque connecté au réseau
Ce sont les systèmes photovoltaïques les plus répandus. La figure (I.4) représente un
système PV connecté au réseau électrique, dont le rôle principal est de contribuer à la
production d’électricité d’origine renouvelable sur le réseau. Ils bénéficient à l’heure actuelle
de tarifs préférentiels de rachat de l’énergie.
D’un point de vue de la physique, le système est composé par un onduleur et des
générateurs PV.
Figure I. 4: Système photovoltaïque connecté au réseau [7]
L’énergie produite par les panneaux est directement consommée par les charges locales
de l’habitat. L’éventuel surplus de production par rapport à la consommation instantanée est
injecté sur le réseau. Et en cas de coupure réseau, l’onduleur stoppe l’injection d’électricité
photovoltaïque produite sur le réseau et bascule la production sur un circuit électrique de
secours parallèle, constitué d’un ensemble de batteries.
Les panneaux photovoltaïques débitent sur un bus de tension continue à travers un

convertisseur dont le rôle est d’effectuer la conversion DC-AC et de faire en sorte que le
générateur PV fonctionne toujours à son point de fonctionnement optimal (puissance
maximale).
Le système est composé essentiellement par les panneaux PV, la batterie et des super
condensateurs. Le contrôle d’échange d’énergies, entre le système photovoltaïque avec le
réseau électrique, est assuré par des stratégies de contrôle des convertisseurs pour s’adapter au
changement de charge aux conditions climatiques.
P a g e 7 | 62
A notre utilisation des super condensateurs permettent de résoudre le problème

d’augmentation rapide de consommation et les batteries au plomb fournissent l’énergie
pendant la nuit en cas de besoin.
I.2.4. Système photovoltaïque connecté aux mini-réseaux
Les systèmes photovoltaïques intégrés à des mini-réseaux (Smart-Grids), se compose

essentiellement d’un générateur photovoltaïque, d’un système de stockage avec soit un
accumulateur de batterie au plomb soit celui de batterie lithium (figure I.5)
Figure I. 5: Architecture électrique d'un système photovoltaïque autonome hybride [11]
La figure (I.5) illustre une architecture électrique d'un système photovoltaïque autonome
hybride.
Un convertisseur DC-DC dans le rôle est de générer l’énergie maximale possible du

système hybride en respectant les contraintes du réseau.
On envisage d’implanter des sources génératrices renouvelables en combinant le solaire

et le réseau de distribution. Le but est d’élaborer des modèles économiques de l’électricité
basé sur 40% d’énergies renouvelables pour les charges domestiques.
P a g e 8 | 62
Groupe
Electrogène
GE
Réseau Interrupteur 1
N Consommateurs
Compteur B CMA
consommation 2
Organe de mesure
et disjoncteur 1
puissance CMA
A 2
consommée
CMA
1
Onduleur batterie
2
Batteries
Concentrateur
- +
Optimiseur gestion
Contrôleur local
A
Compteur
injection Onduleur PV PV
A
A
Figure I. 6: Schéma principale du projet SOLEDO [11]
I.3. Problématique
L’augmentation excessive de la consommation nationale en électricité et la limitation de

la production des sources existantes représente un défi énergétique sérieux. Plusieurs
approches peuvent être exposées pour répondre à ce défi.
En effet, beaucoup de laboratoires ont travaillé sur la thématique des énergies

renouvelables et plus particulièrement sur les systèmes PV intégrant du stockage.
L’originalité de cette mémoire réside dans l’étude et la réalisation pratique d’une solution
énergétique adoptée au milieu socioéconomique tunisien. Il s'agit à développer une solution
de système PV de puissance.
Nous présentons la structure de notre système d’énergie renouvelable sur la figure (I.8):
DC DC
DC AC
Micro-réseau
Panneaux PV
Batterie du stockage
Système PV/ Stockage
Figure I. 7: Structure du système d'énergie renouvelable étudié (PV + Stockage)
P a g e 9 | 62
Ainsi, ce travail a pour but essentiel de développer une solution d’autoconsommation

partielle d’énergie dont le critère essentiel de dimensionnement est la minimisation des coûts
d’investissement et de fonctionnement de l’ensemble de l’installation.
Dans le cas de notre étude, le système comprend deux panneaux photovoltaïques, un

convertisseur élévateur et un onduleur monophasé. Notre étude s’attache non pas à l’aspect
« control » mais aux aspects conception et optimisation du dimensionnement d’une solution
abordable (coût et rendement) tout en respectant les contraintes imposées par le réseau.
I.4. Conclusion
Ce chapitre a présenté les différentes topologies des systèmes photovoltaïques. Elle a

permis de poser la problématique dans le contexte tunisien lorsque la consommation est
importante. Le chapitre suivant propose la modélisation des différents composants du système
de conversion d'énergie photovoltaïque.
P a g e 10 | 62
Chapitre II: Modélisation et simulation
des éléments du système

Chapitre II: Modélisation et simulation des éléments du
système
II.1. Introduction
Le système détaillé est composé de générateur photovoltaïque, de convertisseur DC-DC,

de l’onduleur monophasé commandé par la MLI et une charge RL. L’onduleur, chargé de
transférer l’énergie produite des modules PV dans le réseau doit garder la tension alternative
constante.
Des techniques de commande MPPT seront présentées dans le but d’extraire et

d’injecter le maximum de puissance du GPV. Le contrôle de la puissance, ainsi que la
modélisation et la simulation seront effectués sous le logiciel Matlab/ Simulink, PSIM. Les
grandeurs contrôlées sont la tension efficace, la fréquence et la phase. Ce système de contrôle
permettra d’injecter la puissance active désirée et de régler la tension au point de
raccordement du réseau connecté.
Hacheur Onduleur
GPV boost monophasé
Charge
Commandes
Figure II. 1
II.2. Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque
II.2.1. Modélisation du GPV
Pour trouver le modelé de générateur photovoltaïque, il faut tout d’abord retrouver le

circuit électrique équivalent à cette source. De nombreux modèles mathématiques de
générateurs photovoltaïques, ont été développés pour représenter leur comportement non
linéaire qui résulte de celui des jonctions semi-conductrices qui sont à la base de leurs
réalisations.
Le schéma équivalent de la cellule photovoltaïque réelle tient compte d’effets résistifs

parasites dues à la fabrication et représenté sur la figure II.1. Ce schéma équivalent est
constitué d'une diode (d) caractérisant la jonction, une source de courant ( I ph) caractérisant le
photo-courant, une résistance série ( R s) représentant les pertes par effet Joule, et une
P a g e 12 | 62
système
résistance shunte ( R p) caractérisant un courant de fuite entre la grille supérieure et le contact
arrière qui est généralement très supérieure à ( R s ¿ [7].
Figure II. 2: Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque
Dans notre travail, nous avons utilisé le modèle mathématique du panneau PV à

exponentiel simple. Le courant de sortie d’une cellule photovoltaïque se met sous la forme
mathématique suivant [7]:
I =I ph−I d−I P ( III .1)
Le courant généré par la lumière de la cellule PV dépend directement de l’irradiation

solaire et il est également influencé par la température selon l’équation suivante [7]:
I ph=( I sc + K i . ΔT ) .G( II .2)
Avec : ΔT =T −Tn( II .3)
( V + I . RS )
I p= ( II .4)
RP
( V + I .Rs )
I =I ( e )
N s . A .V T
d O −1 (II .5)
K .T
Avec: VT= (II .6)
q
I sc
I 0 r= Voc
( II .7)
(e N s . A .V T
−1 )
Eg 1 1
[ ( )] (II .8)
(( )
.
T 3
−
A .K T n T
I o=I ¿
Tn
e
)
P a g e 13 | 62
système
( V +I . Rs )
On a: I =I p h−I O (e N s . A .V T
) ( V + I . RS )
−1 − (II .9)
RP
V + I .Rs
−I . [ ( e ) ]
N s . A .V T
I =I ph O −1 −1 (II .10)
Où:
 I : Courant fourni par la cellule.

 V : Tension aux bornes de la cellule.
 I d :Courant de diode.
 I ph :Photocourant, dépendant de l’intensité de l’irradiation.
 I P :Le courant dérivé par la résistance parallèle.
 I O : Courant de saturation de diode, dépendant la température.
 I ¿ : le courant de court- circuit de la cellule à la température de référence et
l’éclairement de référence.
 I SC :Le courant de court-circuit.
 V oc :La tension de circuit ouvert.
 V T :La tension thermique.
 R P :Résistance en parallèle, représentant l’admittance parallèle du générateur de
courant.
 R s :Résistance en série, modélisant les pertes ohmiques du matériau et des contacts.
 G : L'irradiation solaire en W/m2.
 q: Charge d’électron: 1,602 .10−9 C .
 K : Constante de Boltzmann: 1,381 .10−27 J / K .
 T : La température effective de la cellule en kelvin.
 T n :La Température de référence de la cellule en kelvin.
 N S : Nombre de cellule connecté en série.
 A :facteur d'idéalité de la jonction.
 E g :L'énergie de gap de semi-conducteur en ev .
 K i :Coefficient de la température.
Pour réaliser cette modélisation, nous avons utilisé MATLAB comme outil de tests et de
la simulation. Nous avons choisi une modèle photovoltaïque AM-60f 250. Ce panneau fournit
une puissance photovoltaïque rentable destinée à un usage général par exploitation directe de
P a g e 14 | 62
système
charges courant continu, ou de charges courant alternatif sur les systèmes munis d’onduleur.
Le module est composé de 63 cellules solaires multi cristallines en silicone connectées en
série pour produire une puissance maximale de 250W.
Les caractéristiques électriques de ce module photovoltaïque a la température 25°C et

l'irradiation 1000 W/M2 sont données dans le tableau suivant :
Tableau II. 1: Les caractéristiques électriques de ce module photovoltaïque AM-60f 250
Puissance maximale Pmax 250 W

Tension nominale V mp 31.3 V
Courant nominal I mp 8.0 A
Tension à circuit ouvert V OC 38.1 V
Courant de court-circuit I SC 8.7 A
II.2.2. Modèle de simulation
Figure II. 3: Modèle de simulation d'un générateur PV
P a g e 15 | 62
système
Figure II. 4: Schéma du module photovoltaïque PV
Figure II. 5: Les caractéristiques (P-V) et (I-V) du panneau photovoltaïque
II.2.3. Influence de l’éclairement et de la température
Les caractéristiques d’un panneau dépendent de l'éclairement et de la température.

Selon la technologie du générateur photovoltaïque, les variations des paramètres seront
différentes.
P a g e 16 | 62
système
II.2.3.1. Influence de l’irradiation
Figure II. 6: Evolution de la caractéristique (P-V) et (I-V) du module en fonction de

l'irradiation
Le courant varie proportionnellement directement avec le rayonnement lumineux, la

tension restant relativement constante. On remarque dans la figure (II.6) que le courant
optimal est très sensible à l’éclairement. Par contre la tension optimal varie très peux avec
l’éclairement.
II.2.3.2. Influence de la température
Figure II. 7: Evolution de la caractéristique (P-V) et (I-V) du module en fonction de la

température
P a g e 17 | 62
système
Quand la température diminue, la tension à vide augmente, mais le courant de court-
circuit diminue dans des proportions moindres (figure II.7). La diminution du courant de
saturation est la principale cause de la chute de courant à basse température.
Afin d'extraire le maximum de puissance, il faut chercher à chaque instant le point de

puissance maximale.
II.3. Modélisation et simulation du hacheur survolteur
II.3.1. Modélisation du hacheur survolteur
C'est un convertisseur DC-DC parallèle qui augmente la tension de son entrée (source) à
sa sortie (charge). Le schéma électrique du hacheur survolteur et son commande est donné par
la figure (II.8).
Figure II. 8: Le schéma électrique du hacheur survolteur
Les équations d'état correspondant au convertisseur en mode de conduction continuent

peuvent être facilement comprises en appliquant la loi de tension de Kirchhoff sur la boucle
contenant l'inductance et la loi actuelle de Kirchhoff sur le nœud avec la branche de
condensateur branchée. Les équations du hacheur survolteur dépendent l'état d'interrupteur K:
Pour la première période[ α . T ] , Kest ouvert:
d . V PV ( t)
{
i C 1 ( t )=C 1 =i PV ( t ) −i L ( t )
dt
d . V o (t)
iC 2 ( t ) =C 2 =−i o ( t ) (II .11)
dt
d . i L (t)
V L ( t )=L =−V PV ( t )
dt
P a g e 18 | 62
système
Pour la deuxième période [ (1−α ) .T ] , K est ferme:
d .V PV (t )
{
iC 1 ( t ) =C 1 =i PV (t)−i L (t )
dt
d . V o (t)
iC 2 ( t ) =C 2 =i L (t)−i o ( t ) ( II .12)
dt
d .i L (t)
V L ( t ) =L =V PV (t)−V o ( t )
dt
Pour trouver une représentation dynamique valable du hacheur survolteur pour tout la
périodeT , on utilise généralement l’expression suivante [5] :
dx dx dx
⟨ ⟩ dt
.T =
dt α .T
α .T +
dt ( 1−α ) .T
( 1−α ) .T ( II .13 )
En appliquant la relation ( III .13 ) sur les systèmes d’équations ( II .11 ) et( II .12 ), on
obtient le modèle approximé du hacheur survolteur:
¿
Après arrangement, on obtient:
d .V PV ( t )
{
i L ( t )=i PV (t )−C 1
dt
d .V o (t) (II .15)
i o ( t )=(1−α )i L (t)−C 2
dt
d .i L (t)
V PV (t )=(1−α )V o ( t )+ L
dt
Dans le domaine de transformée de la place, l'équation (II.15), on obtient d'écrit:
1 1
I L ( P )=
( 1−α )[R ]
+C 2 P .V o ( P ) ( II .16)
LP 1
V PV ( P ) =( 1−α ) V o ( P ) + LP . I L ( P )=( 1−α ) V o ( P ) + [ ]
+ C P .V o ( P )
( 1−α ) R 2
1 L
V PV ( P ) =
( 1−α ) [ ( )]
( 1−α )2+ P+ LC 2 P2 . V o ( P ) ( II .17)
R
V PV 1
V o ( P )= (II .18)
( 1−α ) LC 2 2 L
2
P+ 2
P+1
( 1−α ) R (1−α )
P a g e 19 | 62
système
Figure II. 9: La réponse indicielle du hacheur Boost
II.3.2. Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC
La poursuite de point de puissance maximale (MPPT) « The Maximum Power Point

Tracking » est nécessaire pour extraire la puissance maximale du module PV. En général, un
convertisseur DC-DC est placé entre le panneau photovoltaïque et la charge, et la variation de
fonctionnement du convertisseur dépend le rapport cyclique [4].
Il existe des nombreux algorithmes pour trouver le point de puissance maximale.

Idéalement, le suivi de la puissance maximale se fait automatiquement pour s'adapter aux
conditions climatiques variables.
II.3.2.1. Méthodes a contre réaction de tension
Ce type de mécanisme repose sur le contrôle de la tension des panneaux par la

comparaison de cette tension avec une tension de référence. Cela génère une tension d'erreur
qui modifie et varie le rapport cyclique de la commande afin d'annuler cette erreur. Selon la
nature de la tension de référence (fixe ou variable, interne ou externe), il existe trois types de
méthodes [8]:
 Méthode à tension de référence fixe.

 Méthode a tension de référence en fonction deV OC (tension de court-circuit).
 Tension de référence extrême (Cellule pilote).
P a g e 20 | 62
système
II.3.2.2. Méthodes a contre réaction de courant
Cette méthode utilise uniquement une mesure de courant pour obtenir des informations
sur le point opérationnel et actuel du système. Permet de connaître la valeur du courant
optimal dans lequel le panneau doit fonctionner pour extraire la puissance maximale [2]:
 Méthode à courant de référence en fonction du I OC (courant de court-circuit).

 Méthode de maximisation du courant de sortie.
III.3.2.3. Méthodes a contre réaction de puissance
Ces méthodes sont basées sur des algorithmes de recherche itérative pour trouver le
point de fonctionnement du panneau afin que la puissance générée soit maximale sans
interruption le fonctionnement du système. Ils ne sont pas basés sur des valeurs de référence
prédéfinies ou des paramètres opérationnels, mais sur la maximisation permanente de
l'énergie générée par les panneaux photovoltaïques. Ainsi, pour un point donné, on recherche
dans une certaine direction, si l'on a une augmentation de la puissance du panneau, cette
direction de recherche est maintenue, sinon on cherche dans la direction opposée [8].
III.3.2.3.1. Algorithme perturbation et observation
C’est l’algorithme le plus utilisé généralement pour la recherche du point de puissance

maximale (MPPT). Comme son nom l’indique, la méthode P&O est basé sur la perturbation
du système par la diminution ou l’augmentation de la tension de référence, ou en agissant
directement sur le rapport cyclique du hacheur, puis l’observation de l’effet sur la puissance
de sortie.
Si la valeur de la puissance actuelle P(k ) du générateur est supérieure à la valeur

précédente P(k −1) alors on garde la même direction de perturbation précédente sinon on
inverse la perturbation du cycle précédent. L’organigramme de l’algorithme de perturbation et
de l’observation (P et O) est donné par la figure II.10 [8].
P a g e 21 | 62
système
Figure II. 10: Algorithme de perturbation et de l’observation (P et O)

Le schéma de mise en œuvre de l'algorithme avec l'outil Matlab, représenté dans la figure
(II.11)
Figure II. 11: Schéma de simulation de l’algorithme P & O
P a g e 22 | 62
système
II.3.2.3.2. Algorithme d'incrémentation de la conductance
L'algorithme d'incrémentation de conductance entraîne la dérivation de la puissance du

panneau photovoltaïque par rapport à la tension et la mise en zéro du résultat. Ceci peut être
décrit par les équations suivantes [2]:
dP dI
{ dV
=I + V
1 dP I dI
= +
V dV V dV
dV (II .19)
I dI
On définit la conductance de la source et incrémentation de la conductance .
V dV
Puisque la tension V du panneau photovoltaïque est toujours positive, la relation
[ V O =( 1−α ) V PV ]explique que le point de puissance maximale MPP est atteint si la
I dI
conductance de la source égale l’incrémentale conductance de la source avec un signe
V dV
I
moins, et qu’elle est à gauche de ce point MPP lorsque la conductance est supérieure à
V
dI
l’incrémentale conductance et vice-versa, comme suit [8]:
dV
dP I −dI
> 0 si >
{ dV
dP
dV
dP
dV
V dV
I −dI (III .20)
=0 si =
V dV
<0 si ←
I dI
V dV
P a g e 23 | 62
système
Figure II. 12:Algorithme incrémental conductance
II.3.3. Simulation du hacheur survolteur commande en MPPT
La figure suivante montre le diagramme synoptique d’un système photovoltaïque

composé avec un module PV et un hacheur survolteur commandé en MPPT .
Figure II. 13: Schéma d'un système photovoltaïque avec convertisseur DC-DC à
commander MPPT
P a g e 24 | 62
système
II.3.3.1. Schéma de simulation d'un hacheur
Dans cette simulation, on a utilisé un GPV de type AM-60f 250, un hacheur Boost
caractérisé par C 1=4700 uF , L=2.4 mH , C2 =2350uF ,on a utilisé aussi une commande
MPPT de type P∧O pour une fréquence F=50 KHz et une charge R=100 Ω.
Figure II. 14: Schéma de simulation d'un PV avec un hacheur Boost commandé en
MPPT
III.3.3.2. Résultat de simulation d'un hacheur
Figure II. 15: L'allure de tension du panneau PV
P a g e 25 | 62
système
Figure II. 16: L'allure du courant du panneau PV
Figure II. 17: L'allure de puissance du module photovoltaïque

D'après la figure (II.15), la tension du panneau photovoltaïque prend au d'abord un saut
pour se stabiliser à la valeur désirée. Dans la figure (II.16), on remarque qu'au début le
courant du panneau prend la valeur du court-circuit, en suit il prend la valeur nominale
Selon la figure (II.17), on remarque que le panneau photovoltaïque fonctionne en

puissance maximale après le régime permanant.
Figure II. 18: L'allure de tension de sortie du hacheur Vo
P a g e 26 | 62
système
Figure II. 19: L'allure du courant de sortie du hacheur Io
Figure II. 20: L'allure de puissance de sortie du hacheur Po
A partir des résultats des figures (II.18, II.19 et II.20), il est noté que le hacheur
survolteur et la commanda MPPT effectuent correctement leurs rôles.
Le hacheur survolteur fournie une tension Vo supérieure à celle fournie par le panneau
photovoltaïque, il fournit aussi un courant Io qu'inferieur à courant d'entrée. La commande
MPPT adapte le panneau à la charge.
II.4. Modélisation et simulation d'onduleur monophasé
II.4.1. Modélisation d'onduleur monophasé
L’onduleur monophasé est un convertisseur DC-AC, il permet d'assure l'échange

d'énergie entre le panneau photovoltaïque (source de tension continu) et une source de tension
alternative. La figure II.16 représenté le schéma électrique d'onduleur, il est constitué de deux
P a g e 27 | 62
système
bras (A et B) chaque bras est composé de deux interrupteurs des puissances
( T 1 , T 2 ,T 3 et T 4 ) .
Les commandes des interrupteurs de chaque bras sont complémentaires et déphasé d'une
demi-période entre les deux bras.
T1 T3
Vch
Vdc A B
Ich Rch Lch
T2 T4
Figure II. 21: Schéma électrique d'un onduleur monophasé
 T1, T4 passants et T2, T3 bloqués:
d I ch
Lch + R ch . I ch =V ch=V dc (II .21)
dt
 T2, T3 passants et T1, T4 bloqués:
d I ch
Lch + R ch . I ch =V ch=−V dc ( II .22)
dt
Avec:
Lch: L'inductance de la charge.

Rch : La résistance de la charge.
V ch: La tension sortie de la charge.
V dc : La tension d'entrée d'onduleur.
II.4.2. Simulation d'un onduleur monophasé
Dans cette simulation on a utilisé un GPV de type AM-60f 250, un hacheur Boost
caractérisé parC 1=4700 uF , L=2.4 mH , C2 =2350uF ,on a utilisé aussi une commande MPPT
de typeP&O, un onduleur monophasé avec un commande MLI et une charge RL:
Rch =100 Ω et Lch =0.1 H .
P a g e 28 | 62
système
II.4.2.1. Schéma de simulation d'un onduleur
Figure II. 22: Schéma de simulation d'un onduleur monophasé
II.4.2.2. Les résultats de simulation avec la commande en plein onde
Figure II. 23: L'allure de tension de la charge V ch
Figure II. 24: L'allure du courant de la charge I ch
P a g e 29 | 62
système
Figure II. 25: L'allure de tension d'entrée d'onduleur V dc .
D'après les figures (II.23 et II.25), on remarque la valeur maximale de tension aux
bornes de la charge Vab est égale à celle de la tension de bus continu de l'entrée de l'onduleur
Vdc. D'après la figure (II.23), on remarque que le courant de sortie d'onduleur I ch prend la
forme sinusoïdale à cause de la charge inductive.
II.4.2.3. Les résultats de simulation avec la commande ML
Figure II. 26: La tension de sortie de l'onduleur monophasé
Figure II. 27: Le courant de sortie de l'onduleur monophasé
P a g e 30 | 62
système
Les deux figures (II.26 et II.27) représentent la tension et le courant de sortie d'onduleur
avec une commande sinus-triangle.
III.5. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons modélisé et simuler les différents éléments du système
photovoltaïque, tel que le panneau photovoltaïque, le hacheur survolteur et l'onduleur
monophasé avec la commande en plein onde (de rapport cyclique fixe) et la commande MLI
(de rapport cyclique variable) et la charge RL.
P a g e 31 | 62
Chapitre III: Réalisation et validation
expérimental
Chapitre III: Réalisation et validation expérimental
III.1. Introduction
Dans ce chapitre, on va présenter la méthode de la réalisation d'une plateforme

expérimentale d'intégration des énergies photovoltaïques dans un micro réseau. Notre
plateforme est composée essentiellement d'un hacheur survolteur et d'un onduleur monophasé
avec la carte de commande des deux convertisseurs statiques. Ce chapitre est consacré à la
validation expérimentale des résultats des simulations présentées au deuxième chapitre, il
s’agit de la validation du hacheur pour une charge résistive et la validation d'onduleur
monophasé avec une charge RL. La structure de la plateforme est donnée par la figure (III.1).
Figure III. 1: Schéma de plateforme expérimentale
III.2. Réalisation d'un hacheur Boost
Le hacheur Boost est compose d’une diode rapide, d’une inductance, d’un condensateur
et d’un interrupteur de puissance commandablé.
De plus, une isolation galvanique sera assurée à l’aide d’un optocoupleur entre la partie
commande et la partie puissance du hacheur survolteur. On ajoute un driver IR2110 en amont
de l’interrupteur de puissance pour aider à la commutation.
 Calcul de l'inductance
Le calcul de l’inductance débute par le calcul du courant d’entrée maximal.
P PV : Puissance d’entrée = 500 W.

Po: Puissance de sortie = 500 W.
V PV : Tension d’entrée = 62.6 V.
I PV : Courant d’entrée =8 A.
f : Fréquence de découpage = 50 KHz.
P a g e 33 | 62
d I =15 %, afin de diminuer les pertes par hystérésis, dI PV .max =0.15∗8=1.2 A (III.1)
V PV V PV
dI PV .max = α .T = α (III .2)
L Lf max
V PV
L= α max ( III .3)
dI PV .max × f
62.6
AN : L= ×1=1.043 mH
1.2× 50000
 Calcul du condensateur
La charge fournie est donnée par: dQ=I o . α . T

(III.4)
dQ
On admet une ondulation de tensiondV o :dV o=
C
(III.5)
dQ T Io .α
C= =I o .α = ( III .6)
dV o dV o dV o . f
V PV 62.6
Avec: V o = = =152V (III.7)
1−α 1−0.5
I o=( 1−α ) I PV = (1−0.5 )∗8=4 A(III .8)
4∗0.5
AN :C= =320 uF
125.2∗50000
 Calcul de la résistance d’entrée de l'optocoupleur

On peut calculer la valeur de la résistance d’entrée Rd qui protège la diode émettrice
contre les surintensités:
V e −V f
V e =V f + Rd . I d d ’ où R d = ( III .9 )
Id
Avec :
V e : Tension d’entrée.
V f : Tension à la borne de la diode en conduction.
I d : Courant direct de la diode.
Rd : Résistance d’entrée.
P a g e 34 | 62
Dans notre cas :V e =5 V ,V f =1.5V et I d =15.95 mA .

5−1.5
Rd = =220 Ω
0.01595
 Calcul de la résistance de sortie de l'optocoupleur
V cc −V ce
V cc =V ce + R 2 . I c d ’ où R2= ( III .10 )
Ic
Avec :
V cc : Tension d’alimentation.
V ce : Tension collecteur-émetteur.
I c : Courant collecteur.
R2 : Résistance de sortie.
Dans notre cas :V cc =12V , V ce =1.5 V et I c =22.5 mA .
12−1.5
R 2= =460 Ω
0.0225
Le montage réalisé du hacheur Boost est donné par la figure (III. 1).
Figure III. 2:Photo de la carte du hacheur Boost.
III.3. Réalisation d'un onduleur monophasé
L'onduleur réalisé est constitué de quatre cartes: carte de puissance, carte de commande
rapprochée, carte d'alimentation et carte de commande éloignée (carte STM32F4 Discovery).
III.3.1. Carte de puissance
P a g e 35 | 62
La carte de puissance de l'onduleur monophasé comporte quatre IGBTs de type

IRG4PC50FD, monter au dos de chaque IGBT un radiateur et quatre diodes rapides, chaque
diode place en parallèle avec un interrupteur de puissance pour assure rentabilité en court-
circuit. Cette carte est représentée dans la figure (III.3).
Figure III.3:Photo de la carte de puissance.
III.3.2. Carte de commande rapprochée
Quel que soit le type d’interrupteur de puissance choisit, il faut inclure entre celui–ci et
sa commande un circuit de pilotage appelé circuit de commande rapprochée. En effet, de
nombreux problèmes sont rencontrés lors du fonctionnement en liaison directe entre le circuit
de commande et le circuit de puissance, tel que les retours de masse, les bruits électriques et le
risque de destruction du circuit de commande par retour du courant de la charge. Afin d’éviter
tout problème de ce genre, le circuit de commande doit être électriquement isolé du circuit de
puissance, cette isolation est réalisée par un optocoupleur.
Le circuit de commande rapprochée est composé de quatre optocoupleur, un régulateur

de tension des résistances, des condensateurs, des diodes et trois drivers IR2110. Le montage
réalisé est donné par la figure ci-dessous:
P a g e 36 | 62
Figure III. 4:Photo de la carte de commande rapprochée.
III.3.3. Carte d'alimentation des circuits intégrés
L’optocoupleur et Le driver IR2110 sont alimentés par de tension continue, à masse

isolé. Il est nécessaire d’alimenter les électroniques qui composent le hacheur survolteur et
l'onduleur. Il faut penser à dimensionner ses alimentations en 12 V selon les caractéristiques
des circuits de commande rapprochée.
Figure III. 5:Photo de la carte d'alimentation.
III.3.4. La carte STM32F4 Discovery
Nous allons utiliser cette carte pour piloter notre système. En effet, la carte
STM32F4Discovery permet de développer facilement des applications avec un
microcontrôleur haute performance STM32F4 muni d’un processeur ARM Cortex-M4 32
bits. Elle inclut tout ce qui est nécessaire pour notre application. Elle est peu coûteuse et
facile à utiliser. Elle dispose d'un cortex M4 modèle STM32F407VGT6, 1 MB de ram et 192
KB de flash, une unité de calcul à virgule flottante de haute précision et un cœur 32 bits
pouvant atteindre 1,25 DMIPS/MHz. Elle est équipée en série d’un ST-Link /V2 permettant la
P a g e 37 | 62
programmation directe depuis un port USB. Cette carte peut être alimentée en 3, 5 volts ou
alimentés par le port USB.STM32.
Figure III. 6: Photographie de la carte STM32F4 Discovery
III.4. Les choix des composants
III.4.1. Choix du semi-conducteur
Les interrupteurs choisis pour la réalisation de notre carte de puissance sont de type
IGBT« Insulated Gate Bipolar Transistor ».C’est un transistor de puissance commandé par
une tension appliquée à une électrode appelée grille ou « gate» isolée du circuit de puissance.
Ses caractéristiques tensions courant sont similaires à celles des transistors bipolaires, mais
ses performances en énergie de commande et fréquence de découpage sont très nettement
supérieures à tous les autres semi-conducteurs.
Lors de dimensionnement de carte de puissance, notre choix est porté à l’IRG4PC50FD

(des transistors IGBT couplé à des diodes intégré dans le même boitier de tension
V AK max =600 V ¿ et deux circuits d’aide à la commutation. Durant la commutation, les pertes
dans les interrupteurs commandés sont importantes. Elles augmentent avec la fréquence ainsi
la fréquence de hachage choisie est optimisée à 5 Khz .
III.4.2. Choix de La diode rapide
Nous avons placé la diode rapide en parallèle avec l'IGBT pour éviter le court-circuit
entre la charge et le condensateur de filtrage en cas ou l’interrupteur principal est fermé. Le
P a g e 38 | 62
choix de la diode est basé sur la fréquence de commutation et ainsi que ses autres
caractéristiques (tension et courant…).
III.4.3. Driver 2110
Le circuit IR 2110 est un circuit monolithique grand vitesse à deux canaux, l’un des
canaux de commande est un canal classique, c’est-à-dire qu’une entrée à faible niveau lin est
mise en tampon à fin de produire une sortie en phase, qui commute entre les niveaux de fin
par une alimentation polarisée de commande de sortie référentielle à la masse (Vcc). L’autre
canal de commande est différent. Une autre à faible niveau Hin est translative en niveau est
mise en tampon à fin de produire une sortie en phase, Hoqui commute entre les niveaux de fin
par une alimentation polarisée flottante (Vbs).
A l’état haut. Une troisième entré SDmaintient les deux sorties à l’état bas. La logique
CMOSpermet de mettre en ouvert le circuit d’entré au niveau logique défini par une
alimentation polarisé logique (Vdd) . Un circuit de verrouillage de sous tension maintient les
deux sorties à l’état bas dès que la tension (Vcc) descend en dessous de certaines limites.
Figure III.7: Schéma du circuit de driver IR2110
III.4.4. Optocoupleur
L’optocoupleur est un composant de l’électronique de commande permet de réaliser un

isolement galvanique vis-à-vis des circuits de la puissance ou d’une ligne de transmission de
données. Dans ce travail en utilise le type L1341 pour assurer l'isolation galvanique entre les
circuits de commande et celui de puissance pour la protection des circuits.
P a g e 39 | 62
Figure III. 8: Schéma du circuit de l'optocoupleur
III.5. La validation expérimentale de plateforme
III.5.1. Mise en œuvre du hacheur Boost
On test, notre carte d'un hacheur Boost pour une charge résistive ( R=100 Ω ) .Le banc
d'essais du convertisseur est représenté sur la figure suivante.
Figure III. 9: Photo du banc d'essais d'un hacheur Boost.
Les formes d'ondes de la tension et du courant de la charge sont représentées dans la

figure ci-dessous.
P a g e 40 | 62
Tension Vo
Courant Io
Figure III. 10: Les courbes de la tension et du courant de la sortie du hacheur
Les formes d'ondes de tension et du courant aux bornes de la charge obtenus sont très
proches avec les résultats de la simulation du hacheur Boost avec une charge résistive.
On illustre les réponses indicielles de la tension et du courant à la sortie du hacheur. Les

deux signaux sont représentés dans la figure suivante:
Figure III. 11: Les deux courbes de la tension et du courant à la sortie du hacheur
D'après la figure(III.11), on remarque l'allure de la réponse indicielle de tension plus

proche de la réponse de la simulation.
On relevé la caractéristique statique des mesures dans le tableau suivante:
Tableau III.1: Les résultats des mesures des tensions de la charge
Rapports 0.42 0.44 0.46 0.48 0.5 0.52 0.54 0.56 0.58
P a g e 41 | 62
cycliques: α
Tensions de 28.6 32.7 36 39.3 42.5 45.5 48.6 51.3 54.4

la charge: Vo
(en V)
Nous traduisons les tensions mesurées du tableau précédent en graphe avec un rapport
cyclique de commande variable. Ce graphe est présenté sur la figure suivante:
Figure III. 12: La caractéristique de tension de sortie en fonction de rapport cyclique α.
La courbe caractéristique de tension est une ligne droite, si nous augmentons le rapport
cyclique, la tension de sortie du hacheur augmentée avec une tension d'entrée constante.
La tension de sortie vérifier la relation du hacheur Boost:
Ve 10
V 0= = =20 V
1−α 1−0.5
P a g e 42 | 62
Figure III. 13: Évaluation de l'entrée, sortie et le rapport cyclique du hacheur Boost
III.5.2. Mise en œuvre d'onduleur monophasé
On applique à notre onduleur la commande en plein onde pour une charge RL

(résistance + inductance), R=100 Ωet L=100 mH .Le banc d'essais de cette carte est
représenté sur la figure ci-dessous.
Figure III. 14: Photo du banc d'essais d'un onduleur monophasé
Les signaux de commande de deux interrupteurs d'un seul bras sont donnés par la figure
suivante:
Figure III. 15:Les deux signaux de la commande du bras d'un onduleur
P a g e 43 | 62
D'après la figure ci-dessus, on remarque que les deux signaux de la commande sont
complémentaires pour éviter la conduction simultanée des deux interrupteurs des puissances
d’un même bras.
Les courbes de tension et du courant de sortie d'onduleur monophasé sur une charge RL
pour une commande en pleine onde sont représenté dans la figure (III.16).
Figure III. 16: les allures du courant et de la tension (commande pleine onde)
Le résultat expérimental obtenu est très proche avec le résultat de la simulation

d'onduleur monophasé pour la commande en plein onde. On obtient une forme d'onde du
courant plus proche de la forme sinusoïdale.
III.5.3. Description d'un banc d'essais expérimentaux du système
Notre plateforme est un banc d'essai présenté dans la figure ci-dessous est composée de:
 Carte du hacheur Boost.

 Carte d'onduleur monophasé.
 Carte STM32.
 Charge RL.
 GBF.
 Deux alimentations stabilisées.
 Deux voltmètres.
 Sonde de courant.
 Oscilloscope.
P a g e 44 | 62
Figure III. 17: Photo d'un banc d'essais expérimentaux
On visualise les différents formes d'ondes des tensions et des courants de bus continu
(sortie du hacheur survolteur) et de charge RL (sortie d'onduleur monophasé). Les différentes
allures sont représentées dans les figures ci-dessous.
Tension Vdc
Courant Idc
Figure III. 18: Les formes d'ondes de tension et du courant du bus continu
Nous avons appliqué la commande MLI qui génère par la carte STM32 sur les
interrupteurs des puissances d'onduleur réalisé pour une charge RL. Les différentes allures
sont représentées sur la figure (III.19).
P a g e 45 | 62
Tension Vch
Courant Ich
Figure III. 19: Les formes d'ondes de tension et du courant de charge RL avec une
commande MLI
La Figure (III.19) sont représenté les formes d'ondes du courant et de tension à la sortie
d'onduleur avec la charge RL, on obtient un signal de forme plus proche d’une forme
sinusoïdale (presque sinusoïdale) et d’une fréquence de50 Hz. Les résultats expérimentaux
obtenus sont très proches des résultats de simulation du système.
III.6. Conclusion
Ce chapitre a été consacré à la présentation des étapes de réalisation des différents

composants de la plateforme et aux résultats de la validation expérimentale du hacheur Boost
et d'onduleur monophasé à travers des tests avec différente charges.
P a g e 46 | 62
Conclusion générale
Dans ce mémoire, on s’intéressé à l’étude et la réalisation pratique d’un système

énergétique adoptée au milieu socioéconomique tunisien. Cette solution est développé dont le
but de minimisé le coût d’investissement et de fonctionnement de l’ensemble de l’installation
domestique.
Le système d'intégration des énergies photovoltaïques est comprend deux panneaux

photovoltaïques, une batterie du stockage d'énergie, un hacheur survolteur et un onduleur
monophasé.
Le travail présenté dans ce mémoire est décrit en trois parties, dans la première partie
une présentation des différentes topologies des systèmes photovoltaïques (système autonome,
système hybride et système raccordé au réseau). Elle a permis de poser la problématique de
notre projet dans le contexte tunisien lorsque la consommation est importante.
Dans la deuxième partie, nous avons étudié les modèles mathématiques d'un générateur
photovoltaïque, d'un hacheur survolteur et d'un onduleur monophasé. On a présenté la
simulation sous l’environnement Matlab/Simulink des différents éléments du système de
conversion d'énergie photovoltaïque.
Dans la dernière partie, nous avons essayé d’effectuer une réalisation pratique de
plateforme expérimentale d'intégration des énergies photovoltaïques dans un micro réseau.
Nous avons présenté la validation expérimentale d'un hacheur élévateur à travers le test avec
une charge résistive et la validation d'un onduleur monophasé à travers le test avec une charge
résistive-inductive.
Ce travail a mis en évidence l’importance de la réalisation pratique, il est vrai que les
systèmes de simulation nous aident, mais ne remplace l'expérience, donc vous ne devriez pas
faire confiance trop sur les résultats des systèmes de simulations, parce que la connaissance
est basé sur l'expérience.
Tout fois ce travail reste incomplet, il représente une contribution importante à la

solution d'une plateforme expérimentale avec laquelle, on peut valider certaine théorème de
commande. Ainsi l'aspect de commande sera traité en perspective, puisque notre étude s’est
attaché non pas à l’aspect « control » mais aux aspects conception et optimisation du
P a g e 47 | 62
dimensionnement d’une solution abordable (coût et rendement) tout en respectant les

contraintes imposées par le réseau.
P a g e 48 | 62
Bibliographies
Bibliographies
[1] A. Kaabeche, M. Belhamel, and R. Ibtiouen, "Sizing optimization of grid-independent

hybrid photovoltaic/wind power generation system," Energy, vol.36, no.2, pp.1214-1222,
2011.
[2] A. Lyes, "étude de la connexion au réseau électrique d'une centrale photovoltaïque",

Mémoire de Magister, Université de Tizi Ouzou, 05/05/2011.
[3] C. M. Ansoumane, "Modélisation du stockage de l’énergie photovoltaïque par super

condensateurs", thèse de Doctorat, université de Paris, 04/07/2011.
[4] J. Bratt, "grid connected PV inverters: modeling and simulation", Mémoire de Master,
Université de San Diego State, 2011.
[5] N. Abouchabana, Etude d’une nouvelle topologie Buck-booste appliquée à un MPPT,

mémoire de magister, école nationale supérieure polytechnique, 2009.
[6]Photovoltaïque du siècle dernier,http/www.evasol.fr/P-13-129-E1-l-effet-

photovoltaique.ht.
[7] Principe du photovoltaïque, http://www.monabee.fr/blog/principe-photovoltaique.
[8] S. Khaled, " Etude et réalisation d'un hacheur de Tracking du Point de Puissance
Maximale (MPPT) a contre réaction de tension", Mémoire de Magister, Ecole Nationale
Polytechnique, 2003.
[9] Système autonomes (autarciques), http://www.solartec.lu/fr/systemes_autarciques.php.
[10] Système photovoltaïque en autoconsommation, http://www.imexcgi.fr/solaire

photovoltaïque/système-photovoltaïque-en-autoconsommation.
[11] Y.Thiaux, "Optimisation des profils de consommation pour minime les coûts
économique et énergétique sur cycle de vie des systèmes photovoltaïques autonomes et
hybrides. Evaluation du potentiel de la technologie Li-ion," Ecole Normale Supérieure de
Cachan, Electronique - Electrotechnique - Automatique 8 Juillet 2010.
P a g e 49 | 62
ANNEXES
Annexes A
 Hacheur Boost sous MATLAB
 Onduleur monophasé sous MATLAB
 Commande MLI sous MATLAB
P a g e 51 | 62
Annexes B
 Schéma bloc du
circuit SN74HC245
 Tableau de description des broches du circuit SN74HC245
P a g e 52 | 62
Annexes B
 Tableau de fonctionnement du circuit SN74HC245
 Schéma bloc du circuit IR2110
 Circuit IR2110 à réalisée
P a g e 53 | 62
Annexes B
P a g e 54 | 62
Annexes B
 Semi-condicteur IRG4PC50FD
 Schéma bloc du régulateur de tension 7805 (12 à 5 V)
 Logiciel DSO
P a g e 55 | 62
Annexes B
 Les courbes de sortie du hacheur Boost pour une charge résistive
 Les courbes de sortie du hacheur Boost pour une charge RL
P a g e 56 | 62
Annexes B
P a g e 57 | 62
Table des matières
Introduction générale...............................................................................................................1
Chapitre I: Etat d’art du système photovoltaïque pour l’habitat........................................3
I.1. Introduction..........................................................................................................................4
I.2. Etat d’art des différentes topologies du système photovoltaïque.........................................4
I.2.1. Systèmes photovoltaïques autonomes....................................................................5
I.2.2. Systèmes photovoltaïques autonomes hybrides......................................................5
I.2.3. Système photovoltaïque connecté au réseau...........................................................7
I.2.4. Système photovoltaïque connecté aux mini-réseaux..............................................8
I.3. Problématique.......................................................................................................................9
Chapitre II: Modélisation et simulation des éléments du système.....................................11
II.1. Introduction.......................................................................................................................12
II.2. Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque................................................12
II.2.1. Modélisation du GPV..........................................................................................12
II.2.2. Modèle de simulation..........................................................................................15
II.2.3. Influence de l’éclairement et de la température..................................................16
II.3. Modélisation et simulation du hacheur survolteur............................................................18
II.3.1. Modélisation du hacheur survolteur....................................................................18
II.3.2. Commandes MPPT des convertisseurs DC-DC..................................................20
II.3.3. Simulation du hacheur survolteur commande en MPPT.....................................24
II.4. Modélisation et simulation d'onduleur monophasé...........................................................26
II.4.1. Modélisation d'onduleur monophasé...................................................................26
II.4.2. Simulation d'un onduleur monophasé.................................................................27
III.5. Conclusion.......................................................................................................................30
Chapitre III: Réalisation et validation expérimental..........................................................31
III.1. Introduction......................................................................................................................32
III.2. Réalisation d'un hacheur Boost........................................................................................32
III.3. Réalisation d'un onduleur monophasé.............................................................................33
III.3.1. Carte de puissance..............................................................................................33
III.3.2. Carte de commande rapprochée.........................................................................34
III.3.3. Carte d'alimentation des circuits intégrés...........................................................34
III.3.4. La carte STM32F4 Discovery............................................................................35
III.4. Les choix des composants................................................................................................36
III.4.1. Choix du semi-conducteur.................................................................................36
III.4.2. Choix de La diode rapide...................................................................................36
III.4.3. Driver 2110........................................................................................................36
III.4.4. Optocoupleur......................................................................................................37
III.5. La validation expérimentale de plateforme......................................................................37
III.5.1. Mise en œuvre du hacheur Boost.......................................................................37
III.5.2. Mise en œuvre d'onduleur monophasé...............................................................40
III.5.3. Description d'un banc d'essais expérimentaux du système................................42
III.6. Conclusion.......................................................................................................................44
Conclusion générale................................................................................................................45
Bibliographies..........................................................................................................................47
Annexes....................................................................................................................................48
Liste des figures
Chapitre I:
Figure I. 1: Système photovoltaïque autonome..........................................................................5
Figure I. 2: Schéma principale un système hybride avec éolien.................................................6
Figure I. 3: Schéma principale un système hybride avec groupe électrogène............................6
Figure I. 4: Système photovoltaïque connecté au réseau............................................................7
Figure I. 5: Architecture électrique d'un système photovoltaïque autonome hybride................8
Figure I. 6: Schéma principale du projet SOLEDO....................................................................9
Figure I. 7: Structure du système d'énergie renouvelable étudié (PV + Stockage)....................9
Chapitre II:
Figure II. 1: Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque..................................13
Figure II. 2: Modèle de simulation d'un générateur PV............................................................15
Figure II. 3: Schéma du module photovoltaïque PV.................................................................16
Figure II. 4: Les caractéristiques (P-V) et (I-V) du panneau photovoltaïque...........................16
Figure II. 5: Evolution de la caractéristique (P-V) et (I-V) du module en fonction de

l'irradiation................................................................................................................................17
Figure II. 6: Evolution de la caractéristique (P-V) et (I-V) du module en fonction de la

température...............................................................................................................................17
Figure II. 7: Le schéma électrique du hacheur survolteur........................................................18
Figure II. 8: La réponse indicielle du hacheur Boost................................................................20
Figure II. 9: Algorithme de perturbation et de l’observation (P et O)......................................22
Figure II. 10: Schéma de simulation de l’algorithme P & O....................................................22
Figure II. 11:Algorithme incrémental conductance..................................................................24
Figure II. 12: Schéma d'un système photovoltaïque avec convertisseur DC-DC à commander
MPPT........................................................................................................................................24
Figure II. 13: Schéma de simulation d'un PV avec un hacheur Boost commandé en MPPT...25
Figure II. 14: L'allure de tension de sortie du hacheur Vo........................................................25
Figure II. 15: L'allure du courant de sortie du hacheur Io.......................................................26
Figure II. 16: L'allure de puissance de sortie du hacheur Po....................................................26
Figure II. 17 Schéma électrique d'un onduleur monophasé......................................................27
Figure II. 18: Schéma de simulation d'un onduleur monophasé...............................................28
Figure II. 19: L'allure de tension de la charge Vch...................................................................28
Figure II. 20: L'allure du courant de la charge Ich...................................................................28
Figure II. 21: La tension de sortie de l'onduleur monophasé....................................................29
Figure II. 22: Le courant de sortie de l'onduleur monophasé...................................................29
Chapitre III:Y
Figure III. 1: Schéma de plateforme expérimentale..................................................................32
Figure III. 2: Photo de la carte du hacheur Boost.....................................................................33
Figure III.3: Photo de la carte de puissance..............................................................................33
Figure III. 4: Photo de la carte de commande rapprochée........................................................34
Figure III. 5: Photo de la carte d'alimentation...........................................................................35
Figure III. 6: Photographie de la carte STM32F4 Discovery.................................................35
Figure III.7: Schéma du circuit de driver IR2110.....................................................................37
Figure III. 8: Schéma du circuit de l'optocoupleur...................................................................37
Figure III. 9: Photo du banc d'essais d'un hacheur Boost.........................................................38
Figure III. 10: Les courbes de la tension et du courant de la sortie du hacheur......................38
Figure III. 11: Les deux courbes de la tension et du courant à la sortie du hacheur.................39
Figure III. 12: La caractéristique de tension de sortie en fonction de rapport cyclique α........40
Figure III. 13: Évaluation de l'entrée, sortie et le rapport cyclique du hacheur Boost..............40
Figure III. 14: Photo du banc d'essais d'un onduleur monophasé.............................................41

Figure III. 15: Les deux signaux de la commande du bras d'un onduleur................................41
Figure III. 16: les allures du courant et de la tension (commande pleine onde)......................42
Figure III. 17: Photo d'un banc d'essais expérimentaux...........................................................43
Figure III. 18: Les formes d'ondes de tension et du courant du bus continu............................43
Figure III. 19: Les formes d'ondes de tension et du courant de charge RL..............................44
Liste des tableaux
YTableau II. 1: Les caractéristiques électriques de ce module photovoltaïque AM-60f 250.......
YTableau III.1: Les résultats des mesures des tensions de la charge.......................................39

Memoire 11

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Memoire 11

Transféré par

Informations du document

Copyright

Formats disponibles

Partager ce document

Partager ou intégrer le document

Options de partage

Avez-vous trouvé ce document utile ?

Ce contenu est-il inapproprié ?

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Memoire 11

Transféré par

Droits d'auteur :

Formats disponibles

Introduction générale

Le système de conversion d’énergie photovoltaïque est la base de plusieurs travaux

En effet, l’énergie photovoltaïque est une énergie renouvelable et propre et que le

L'intégration partielle ou totale d'une source photovoltaïque dans une installation

En conséquence, elle est importante de concevoir et de réaliser une installation intégrant

L’objectif de ce travail est de contribuer à la réalisation d'une plateforme expérimentale

La présentation et la description de cette plateforme est formulé dans ce mémoire et

Le deuxième chapitre s’intéresse à la modélisation des différents composants d’un

Dans le dernier chapitre, on présente la réalisation pratique du système et les résultats

photovoltaïque pour l’habitat

L’énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d’une partie du

Ainsi, l’énergie solaire photovoltaïque désigne l’électricité produite par transformation

I.2. Etat d’art des différentes topologies du système photovoltaïque

L’énergie solaire photovoltaïque peut être utilisée par plusieurs manières :

I.2.1. Systèmes photovoltaïques autonomes

Figure I. 1: Système photovoltaïque autonome [10]

Le système est composé principalement par un onduleur et des générateurs PV

I.2.2. Systèmes photovoltaïques autonomes hybrides

Figure I. 2: Schéma principale un système hybride avec éolien [1]

La figure (I.3) représente un système hybride avec groupe électrogène. Ce type de

Figure I. 3: Schéma principale un système hybride avec groupe électrogène [9]

I.2.3. Système photovoltaïque connecté au réseau

Figure I. 4: Système photovoltaïque connecté au réseau [7]

Les panneaux photovoltaïques débitent sur un bus de tension continue à travers un

A notre utilisation des super condensateurs permettent de résoudre le problème

I.2.4. Système photovoltaïque connecté aux mini-réseaux

Les systèmes photovoltaïques intégrés à des mini-réseaux (Smart-Grids), se compose

Figure I. 5: Architecture électrique d'un système photovoltaïque autonome hybride [11]

Un convertisseur DC-DC dans le rôle est de générer l’énergie maximale possible du

On envisage d’implanter des sources génératrices renouvelables en combinant le solaire

Figure I. 6: Schéma principale du projet SOLEDO [11]

L’augmentation excessive de la consommation nationale en électricité et la limitation de

En effet, beaucoup de laboratoires ont travaillé sur la thématique des énergies

Figure I. 7: Structure du système d'énergie renouvelable étudié (PV + Stockage)

Ainsi, ce travail a pour but essentiel de développer une solution d’autoconsommation

Dans le cas de notre étude, le système comprend deux panneaux photovoltaïques, un

Ce chapitre a présenté les différentes topologies des systèmes photovoltaïques. Elle a

des éléments du système

Le système détaillé est composé de générateur photovoltaïque, de convertisseur DC-DC,

Des techniques de commande MPPT seront présentées dans le but d’extraire et

II.2. Modélisation et simulation du générateur photovoltaïque

II.2.1. Modélisation du GPV

Pour trouver le modelé de générateur photovoltaïque, il faut tout d’abord retrouver le

Le schéma équivalent de la cellule photovoltaïque réelle tient compte d’effets résistifs

Figure II. 2: Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque

Dans notre travail, nous avons utilisé le modèle mathématique du panneau PV à

I =I ph−I d−I P ( III .1)

Le courant généré par la lumière de la cellule PV dépend directement de l’irradiation

I ph=( I sc + K i . ΔT ) .G( II .2)

Avec : ΔT =T −Tn( II .3)

 I : Courant fourni par la cellule.

Les caractéristiques électriques de ce module photovoltaïque a la température 25°C et

Tableau II. 1: Les caractéristiques électriques de ce module photovoltaïque AM-60f 250

Puissance maximale Pmax 250 W

II.2.2. Modèle de simulation

Figure II. 3: Modèle de simulation d'un générateur PV

Figure II. 4: Schéma du module photovoltaïque PV

Figure II. 5: Les caractéristiques (P-V) et (I-V) du panneau photovoltaïque

II.2.3. Influence de l’éclairement et de la température

Les caractéristiques d’un panneau dépendent de l'éclairement et de la température.