TP EnR S3
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(9heures)
F. ROBERT
IUT-GEII TP EnR S3
Une installation photovoltaïque raccordée au réseau est composée des principaux éléments
suivants :
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Durant ces 3 T.P., vous exploiterez sous MATLAB / Simulink les modèles des éléments
suivants :
La photodiode
Le panneau photovoltaïque
Le champ photovoltaïque
Le hacheur assurant la fonction MPPT
L’algorithme MPPT « Perturb & Observe »
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1.4) Quelle est la durée du jour les 21/03 et 21/09 ? Quelle est la hauteur du soleil
à 12h ?
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2. De la diode à la photodiode :
.
Id(A) = Is. [ exp( )–1] (1)
.
dans laquelle :
Une photodiode est une diode dont la jonction est éclairée, ce qui produit un courant
inverse Is proportionnel à l’éclairement.
Id
La caractéristique est alors :
Vd
Zone utilisable
de la
caractéristique
de la
photodiode
Pour un usage plus facile, l’habitude est prise de retourner l’axe des intensités. On ne
conserve que les ½ axes positifs ( Iinverse et V ).
La photodiode est l’élément de base d’un panneau photovoltaïque. Son modèle équivalent le
plus simple est :
Rs I
I
Id
Icc Vd V V
Flux lumineux
solaire (W/m2)
Le courant Icc est le photo-courant, mesurable en court-circuit.
Rs est la résistance des contacts électriques puce / bornes du boîtier.
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.
Id = Is. [ exp( )–1] (1)
.
Vd = V + Rs.I (2)
Icc = Id + I (3)
Icc = . Flux lumineux (4)
On cherche à exprimer I =f(V, Rs, , Flux, Is). Il n’existe pas de méthode analytique pour
résoudre ce système non linéaire, d’où le recours à un simulateur numérique.
Ouvrez MATLAB.
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3.1) Pour les STC : Ga = 1000 W/m2 et T = 25°C, lancez la simulation : vous
obtenez la caractéristique I[A] = f(V[V]) et P[W] = f(V[V]). A l’aide de la
commande Edit Axis Properties, mettez en forme les courbes (titre, nom &
unité des axes, quadrillage,…).
3.3) Tracez l’asymptote pour 0 < V < Vmp. Quel modèle rend compte du
comportement dans cette zone (géné de tension, de courant, …) ? Donnez
l’équation du modèle équivalent.
3.5) Ce panneau débite sur une résistance R. Tracez sa droite de charge dans le
même plan I[A] = f(V[V]) obtenu précédemment; donnez son équation et
indiquez où se trouve le point de fonctionnement.
3.6) Obtenez les réseaux I[A] = f(V[V]) et P[W] = f(V[V]) pour Ga = 1000, 800,
600, 400 et 200 W/m² à 25°C. Même travail de mise en forme avant de copier
l’image dans votre traitement de texte. Comparez alors les résultats de cette
simulation avec la fiche technique constructeur fournie en annexe.
3.7) Obtenez ensuite les réseaux I[A] = f(V[V]) et P[W] = f(V[V]) pour les
températures de 0, 25, 50 et 75°C sous Ga = 1000W/m². Comparez les
résultats de cette simulation avec la fiche technique constructeur fournie en
annexe.
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Soit U la tension aux bornes d’un panneau et I son courant. Soit UR la tension aux bornes de
Rch et IR le courant qui la traverse.
4.2) Placez I, IR, U et UR sur votre schéma. Trouvez alors la relation liant I et IR,
ainsi que celle liant U à UR. Pensez à Messieurs Ohm et Kirchhoff… !
4.4) Quelle puissance maximale attend-on pour les STC d’après les résultats des
simulations précédentes ?
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4.7) Tracez P[W] = f(Rch[]) et P[W] = f(U_pv[V]) pour les 2 valeurs de Ga.
Analyse, comparaisons.
4.8) Paramétrez le modèle pour générer un saut d’irradiance (un gros nuage
passe) : 1000 W/m2 500 W/m2 pour 25°C. Passe-t-on d’un MPP à l’autre ?
Conclure sur la nécessité d’un MPPT.
∆
4.9) Trouvez comment évolue sur P[W] = f(U_pv[V]) pour V < VMP,
∆
V = VMP, V > VMP. En déduire l’algorithme « Perturb & Observe » pour trouver
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Le hacheur présente une résistance d’entrée Re = Ve/Ie et qui joue le rôle de Rch de
l’étude précédente. Evidemment, Re ne chauffe pas (à justifier). Re est ajustable grâce au
rapport cyclique de la commande MLI des interrupteurs électroniques T1 et T2.
5.2) Dimensionnez l’inductance pour que IL < 0,4 A pour cette même valeur de .
5.5) Utilisez le simulateur pour relever puis tracer l’évolution de Re() et P(W) en
fonction de α, pour les STC.
NB : Les écrans des Scopes seront recopiés dans des Figures afin d’améliorer le rendu
(supprimer le fond noir, changer la couleur du tracer, etc….).
Ouvrir le Scope : File Print to Figure ; fermer le Scope.
Dans la figure : Edit Figure Properties et/ou Axes Properties.
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Rs
Ve (V) T2 Vs (V)
IL_max
IL_min
t(s)
0 αT T
t’(s)
0 T(1-)
T1 : ouvert fermé
T2 : fermé ouvert
En posant t’ = t – αT, déterminez IL (t’) pour 0 < t’ < (1-α)T équation (b)
En admettant le rendement du hacheur = =100%, montrez alors à
é
l’aide de l’équation (e) que Is = IL.(1-) équation (f)
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Annexes Techniques :
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