Modélisation, Contrôle Et Simulation D'un Système (Photovoltaïque /super Capacité) Connecté À Un Site Isolé

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITÉ IBN KHALDOUN DE TIARET

FACULTÉ DES SCIENCES APPLIQUEES
DÉPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
Pour l’obtention du diplôme de Master

Domaine : Sciences et Technologie
Filière : Electrotechnique
Spécialité : Commandes électriques
THÈME
Modélisation, contrôle et simulation d’un
système (Photovoltaïque /Super capacité)
connecté à un site isolé
Préparé par : BOUROKBA Noureddine
DJERBOUB Ahmed
Devant le Jury :
Nom et prénoms Grade Qualité
Tayeb ALLAOUI Pr Président
Youcef MIHOUB MCB Examinateur
Seif eddine Belfedal MCB Examinateur
Belkacem BELABBAS MCB Encadreur
Souad LARIBI MCB Co-Encadreur
Promotion : 2019/2020
Remerciement
À l'issue de cette fin d'étude, nous adressons nos sincères remerciements

premièrement à « Allah » tout puissant qui nous a donné la santé, la patience et
le courage.
Nous remercions sincèrement Mr BELABBES Belkacem et Mme Laribi Souad
Pour avoir dirigé et suivi ce travail.
On tient à adresser nos plus vifs remerciements à Monsieur ALLAOUI Tayeb, pour
le grand honneur d’avoir accepté de présider le jury de soutenance.
Nos vifs remerciements vont également à Messieurs MIHOUB Youcef et
Belfedal Seifeddine pour avoir accepté d’examiner notre travail et d’être
membres du jury de soutenance.
On remercie aussi tous nos enseignants du département de génie électrique.
De grands remerciements aux membres de Laboratoires de Génie Energétique et
Génie Informatique (L2GEGI) pour leurs aides précieuses et pour le temps
qu'ils ont bien voulu nous consacrer.
Ont n'exclue pas de ces remerciements toutes les personnes qui ont aidé de près
ou de loin dans la réalisation de ce PFE.
Enfin, on remercie tout particulièrement nos parents, pour leur soutien
inconditionnel tout au long de nos longues années d'études.
On veut également remercier nos familles et nos amis pour leur soutien moral.
Les discussions, les remarques et les commentaires de nos collègues ont été
sources d'idées et ont contribué au développement et à l'amélioration de cette
étude.
Sommaire
Table des matières
Introduction générale.................................................................................................................................... 1
Chapitre I ...................................................................................................................................................... 3
Généralité sur le Système Photovoltaïque .................................................................................................... 3
I.1. Introduction ............................................................................................................................................ 4
I.2. Energie photovoltaïque .......................................................................................................................... 4
I.2.1. Historique de l’énergie photovoltaïque ........................................................................................... 5
I.3. Energie photovoltaïque dans le monde .................................................................................................. 5
I.4. Production d'énergie en Algérie ............................................................................................................. 6
I.5.Les différents types de système photovoltaïques .................................................................................... 7
I.5.1. Systèmes isolés et autonomes ......................................................................................................... 7
I.5.2. Le connecté au réseau ..................................................................................................................... 8
I.6. Avantage et inconvénients de l’énergie photovoltaïques ....................................................................... 9
I.6.1. Avantage de l'énergie photovoltaïque ............................................................................................. 9
I.6.2. Inconvénients de l'énergie photovoltaïque ...................................................................................... 9
I.7. Système de stockage d'électricité ......................................................................................................... 10
I.7.1. Stockage direct .............................................................................................................................. 10
I.7.2. Stockage indirect ........................................................................................................................... 11
I.8.Système de contrôle et de surveillance ................................................................................................. 11
I.9. Conclusion ........................................................................................................................................... 12
Chapitre II .................................................................................................................................................. 13
Modélisation et Simulation d’un Système PV............................................................................................ 13
II.1. Introduction ........................................................................................................................................ 14
II.2. Effet photovoltaïque ........................................................................................................................... 14
II.3. Cellule photovoltaïque ........................................................................................................................ 14
II.4. Modélisation d'une cellule photovoltaïque ......................................................................................... 15
II.5. Générateur photovoltaïque (GPV) ...................................................................................................... 16
II.5.1. Caractéristique courant-tension ................................................................................................... 16
II.5.2. Influence de l’ensoleillement ....................................................................................................... 17
II.6. Hacheur ............................................................................................................................................... 20
II.6.1. Fonctionnement ........................................................................................................................... 21
II.6.2. Modèle mathématique équivalent ................................................................................................ 21
II.7. Poursuite du point de puissance maximum......................................................................................... 22
II.7.1. Principe de l’algorithme de PPM ................................................................................................. 23
II.7.2. Méthode de l’algorithme de la perturbation et l’observation (P&O) ........................................... 23
Sommaire
II.8. Résultats de simulation et interprétation ............................................................................................. 24
II.9.Conclusion ........................................................................................................................................... 25
Chapitre III ................................................................................................................................................. 27
Système de Stockage .................................................................................................................................. 27
III.1. Introduction ....................................................................................................................................... 28
III.2. Super condensateur............................................................................................................................ 28
III.2.1. Classification .............................................................................................................................. 28
III.2.1.a. Carbone................................................................................................................................ 28
III.2.1.b. Electrolyte ........................................................................................................................... 29
III.2.1.c. Séparateurs........................................................................................................................... 29
III.2.1.d. Collecteurs de courant ......................................................................................................... 29
III.2.2. Principe de super condensateurs................................................................................................. 29
III.2.2.1. Principe de la charge ........................................................................................................... 30
III.2.2.2. Principe de la décharge ........................................................................................................ 31
III.3.Modélisation des super condensateurs ............................................................................................... 31
III.3.1. Modèle classique RC .................................................................................................................. 32
III.3.2. Modèle à deux branches ............................................................................................................. 34
III.3.3. Paramètres du modèle à deux branches ...................................................................................... 35
III.4. Hacheur Buck-Boost ......................................................................................................................... 36
III.4.1. Fonctionnement d'un Hacheur Buck-Boost ................................................................................ 36
III.4.2. Modélisation d'un Hacheur Buck-Boost..................................................................................... 37
III.4.3. Calcul des grandeurs du Buck-Boost ......................................................................................... 38
III.9. Conclusion ......................................................................................................................................... 41
Chapitre IV ................................................................................................................................................. 42
Gestion d’un Système PV / Super capacité ................................................................................................ 42
IV.1. Introduction ....................................................................................................................................... 43
IV.2. Convertisseurs CC / CA .................................................................................................................... 43
IV.2.1. Les onduleurs photovoltaïques ................................................................................................... 44
IV.3. Modélisation de onduleur à trois niveaux de type NPC .................................................................... 44
IV.3.1. Structure ..................................................................................................................................... 44
IV.3.2.Principe de fonctionnement d’un bras de l’onduleur à trois niveaux .......................................... 44
IV.4. Stratégie de commande du convertisseur NPC à trois niveaux ......................................................... 46
IV.4.1. Contrôle de la tension du bus continu ........................................................................................ 46
IV.4.2. La dimension de régulateur PI ................................................................................................... 47
IV.4.3. Contrôle de tension .................................................................................................................... 47
IV.5. Système de gestion d’énergie ............................................................................................................ 48
IV.5.1. Stratégies de gestion d'un système PV ....................................................................................... 48
Sommaire
IV.5.2. Gestion du stockage ................................................................................................................... 49
IV.6. Algorithme de gestion ....................................................................................................................... 49
IV.7. Bloc de réglage de 𝑽𝒅𝒄 et gestion sous Matlab/Simulink ................................................................ 51
IV.8. Présentation de système globale........................................................................................................ 52
IV.9. Résultats de simulation ..................................................................................................................... 52
IV.10. Conclusion ...................................................................................................................................... 58
Conclusion Générale .................................................................................................................................. 59
Annexes ...................................................................................................................................................... 61
Références bibliographiques ...................................................................................................................... 62
Résumé ....................................................................................................................................................... 66
Liste des figures et tableaux
Liste des figures

Chapitre I
Figure. I. 1. Capacité totale de production d'énergie solaire dans le monde (en MW) [11]. ........................ 6
Figure. I. 2. Energie produite nette annuelle [13]......................................................................................... 7
Figure. I. 3. Exemple de la structure d’un système PV autonome. .............................................................. 8
Figure. I. 4. Exemple de la structure d’un système PV connecté au réseau ................................................ 9
Chapitre II
Figure. II. 1. Schéma d’une cellule photovoltaïque.................................................................................... 15
Figure. II. 2. Caractéristique courant-tension d’un générateur photovoltaïque. ......................................... 17
Figure. II. 3. Caractéristique (I-V) d’un panneau à divers ensoleillements à (𝑻 = 𝟐𝟓°𝑪). ........................ 18
Figure. II. 4. Caractéristique (P-V) d’un panneau à divers ensoleillements à(𝑻 = 𝟐𝟓°𝑪). ........................ 18
Figure. II. 5. Courbes (I-V) d’un générateur PV pour différentes températures à𝝍 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑾/𝒎𝟐. ...... 19
Figure. II. 6.Courbes (P-V) d’un générateur PV pour différentes températures à𝝍 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑾/𝒎𝟐. ...... 19
Figure. II. 7. Courbe de Courant(𝑰𝑷𝑽). ..................................................................................................... 20
Figure. II. 8.Courbe de Tension𝑽𝑷𝑽. ......................................................................................................... 20
Figure. II. 9. Courbe de Puissance𝑷𝑷𝑽. ..................................................................................................... 20
Figure. II. 10. Schéma électrique d'un hacheur boost................................................................................. 21
Figure. II. 11. Schéma électrique d'un hacheur boost fermé ..................................................................... 21
Figure. II. 12 . Schéma électrique d’un hacheur boost ouvert. ................................................................... 22
Figure. II. 13. Hacheur survolteur avec l’algorithme de PPM pour le GPV. ............................................. 23
Figure. II. 14. Organigramme d’algorithme PPM-P&O............................................................................. 24
Figure. II. 15. Tension𝑽𝑮𝑷𝑽...................................................................................................................... 24
Figure. II. 16. Courant(𝑰𝑮𝑷𝑽). .................................................................................................................. 25
Figure. II. 17. Puissance𝑷𝑮𝑷𝑽................................................................................................................... 25
Chapitre III
Figure. III. 1.Condensateur électrolytique, (a) et super capacité (b). ......................................................... 29
Figure. III. 2. Principe de développement des super capacités................................................................... 30
Figure. III. 3. Vue schématique d'un super condensateur........................................................................... 31
Figure. III. 4. Circuit équivalent de la charge d’un super condensateur..................................................... 33
Figure. III. 5. Circuit équivalent de la décharge d’un super condensateur [35]................................................. 34
Figure. III. 6. Modèle de super condensateur à deux branches. ................................................................. 35
Figure. III. 7. Convertisseur BUCK-BOOST ............................................................................................. 36
Figure. III. 8. Courbe de Tension de sortie à la hacheur ............................................................................ 37
Figure. III. 9. Courbe de Tension𝑽𝒔𝒑. ....................................................................................................... 39
Figure. III. 10. L’état de décharge............................................................................................................... 40
Figure. III. 11. Courbe de Courant(𝑰𝒔𝒑). ................................................................................................... 40
Figure. III. 12. Courbe de Puissance𝑷𝒔𝒑. .................................................................................................. 41
Chapitre IV
Figure. IV. 1. Symbole de convertisseur DC-AC monophasé et triphasé .................................................. 43
Figure. IV.2. Structure d’un onduleur triphasé à trois niveaux de type NPC ............................................. 44
Figure. IV.3. Réglage de Vdc. ................................................................................................................... 46
Figure. IV. 4. Structure générale du contrôle du convertisseur [44]. ......................................................... 48
Figure. IV. 5. L’organigramme de gestion d’énergie ................................................................................. 51
Figure. IV. 6. Simulation de réglage de 𝑽𝒅𝒄 et de gestion ........................................................................ 51
Liste des figures et tableaux
Figure. IV. 7. Schéma de simulation de la chaine complète. ..................................................................... 52
Figure. IV. 8. Courbe de Puissance ............................................................................................................ 53
Figure. IV. 9. L’état de charge et décharge la super capacité ..................................................................... 53
Figure. IV.10. Courant de charge ............................................................................................................... 54
Figure. IV.11.Courbe d’un système PV. .................................................................................................... 54
Figure. IV.12. Courbe de Tension .............................................................................................................. 54
Figure. IV.13. Le courant RMS de charge et PV ....................................................................................... 55
Figure. IV.14. THD de courant 𝑰𝑷𝑽 .......................................................................................................... 55
Figure. IV.15. Tension 𝑽𝒅𝒄 de Bus Continu. ............................................................................................ 56
Figure. IV. 16. Courbe de Puissance .......................................................................................................... 56
Figure. IV. 17. Courbe de Courant de charge............................................................................................. 56
Figure. IV. 18. L’état de charge la super capacité ..................................................................................... 57
Figure. IV. 19. Courbe de Puissance ......................................................................................................... 57
Figure. IV. 20. Courant de charge ............................................................................................................. 58
Figure. IV. 21. L’état de décharge la super capacité .................................................................................. 58
Liste des tableaux

Tableau. IV.1. l’état de commutation de l'onduleur à trois niveaux N.P.C. ............................................... 46
Liste des symboles et abréviations
Liste des symboles
𝐼𝑝𝑣 : Courant photovoltaïque (A).
𝐼𝑆 : Courant de super capacité (A).
𝑁𝑠 : Nombre de modules dans le panneau en série.
𝑁𝑝 : Nombre de modules dans le panneau en parallèle
𝑃𝑝𝑣 : Puissance photovoltaïque.
𝑃𝑚𝑝𝑝 : Puissance au point de puissance maximale (W)
𝛼: Rapport cyclique
Liste des abréviations

CA : courant alternatif
CC : courant continu
MPPT : poursuite du point de puissance maximale
PPM : point de puissance maximale
PV : photovoltaïque
P&O : perturbe and observe
SOC : l'état de charge et décharge (state-of-charge en anglais)
SER : Sources d’énergies Renouvelables
SHER : Système Hybride à Énergies Renouvelables
Introduction Générale
Introduction générale
Les sources d'énergies renouvelables ont fait l'objet, au cours des dernières années, d'une
attention accrue en tant que solution pour affronter les problèmes causés par l'épuisement des
énergies fossiles, pour atténuer les effets des changements climatiques et pour répondre à la
croissance globale des besoins énergétiques [1].
L'utilisation des Sources Energies Renouvelables (SER) telles que l'énergie éolienne et
l'énergie solaire a été largement étudiée par la communauté scientifique et demeure un secteur
permanent d'investissement et de développement pour le milieu industriel [1].
Ces sources nécessitent des approches de gestion et des systèmes de stockage conçus sur
mesure pour s'adapter à leurs spécificités géographiques et surtout, pour gérer leur opération de
nature intermittente [1].
Une des applications intéressantes de l'énergie renouvelable est l'électrisation des régions
éloignées, Dans les system autonomes, le moyen de stockage d'énergie présente un point très
important et primordial [2].
L’utilisation de SER induit le concept de stockage d'électricité en raison de la disponibilité
intermittente de telles ressources. Les sites géographiquement isoles et non raccordes au réseau
sont donc alimentes par un système de SER et un système de stockage pour assurer la continuité
de la production lorsque l'énergie renouvelable récupérée ne sut pas [2].
Généralement, le système de stockage de type batterie au plomb est connecté avec une SER
en raison de son faible coût. Pourtant, un des points le plus critique est la dégradation des
batteries ou leur vieillissement prématuré. La durée de vie de la batterie dépend du nombre de
son cycle charge/décharge. De plus, une recharge excessive ou une décharge profonde peuvent
endommager fortement la batterie. Donc une stratégie d'utilisation adéquate du système des
batteries de stockage est indispensable pour le fonctionnement d'un site isole [2].
Le développement technologique et la maîtrise de fabrication de nouveaux matériaux ont
permis la réalisation des systèmes modernes de stockage d'énergie électrique comme les super
condensateurs. Grâce à leurs caractéristiques électriques intéressantes et leur nombre de cycles
de charge/décharge élevé par rapport aux batteries, ils ont connu une grande évolution au cours
de ces dernières années [3].
De part, leur capacité de plusieurs milliers de Farads et leur faible résistance série, ces
nouveaux composants sont adaptés pour le stockage d'énergie à forte puissance. Ils peuvent être
utilisés de façon complémentaire aux batteries ou aux piles à combustible. Cette injection de
1
puissance aux systèmes d'énergie électrique continue améliore les sources d'alimentation dans les
applications, comme par exemple les applications terrestres et maritimes [3].
Le but de ce mémoire est d’étudié une gestion énergétique d’un système isole PV / super
capacité intégré dans un réseau isolé.
Pour atteindre cet objectif, quatre chapitres sont proposés :
Le premier chapitre présente une description générale de la production et la croissance
mondiale et locale (Algérie) de l’énergie renouvelable, Puis une généralité sur la croissance des
différentes installations des centrales photovoltaïques raccordées aux réseaux et sur sites isolés.
Enfin, nous présentons les différents types des systèmes de stockages d'électricité et le système
de contrôle et de surveillance.
Le second chapitre est consacré à une étude descriptive de l’ensemble des composants de
Générateur Photovoltaïque(GPV). Après nous avons présenté un type d’algorithme de MPPT
pour extraire le maximum d’énergie PV.
Le troisième chapitre présente brièvement la constitution, les caractéristiques et la
modélisation d’un système de stockage de type super condensateur. Ainsi on présentera la
modélisation et le principe de fonctionnement d’un hacheur de type Buck-Boost qui sera utilisé
pour charger et décharger le super condensateur connecté avec une SER de type PV.
Le quatrième chapitre est consacré à l’intégration d’un système PV/super capacité au réseau
isole à travers un onduleur à trois niveaux de type NPC. Puis, nous présentons un algorithme de
la gestion énergétique de système étudié pour les différents scénarios possibles. Ensuite, nous
présentons les résultats de simulation de système étudié.
Finalement, nous terminerons ce mémoire par une conclusion générale et quelques
perspectives de recherche envisagées.
2
Chapitre I
Généralité sur le Système
Photovoltaïque
Chapitre I Généralité sur le Système Photovoltaïque
I.1. Introduction
Les énergies renouvelables désignent un ensemble de moyens de produire de l’énergie à partir

de sources ou de ressources théoriquement illimitées, disponibles sans limite de temps ou
reconstitua les plus rapidement qu’elles ne sont consommées, les énergies renouvelables sont
produites à partir de sources comme les rayons du soleil, ou le vent, qui sont théoriquement
illimitées à l’échelle humaine [4].
L'énergie solaire a joué un rôle important dans le monde et dans les pays en développement en
termes d'exploitation, d'utilisation et de diffusion, en particulier dans les zones reculées, en
raison de la disponibilité de l'espace et de toutes les ressources, y compris l'Algérie, afin
d'assurer la suffisance nationale et la distribution internationale [5].
Nous trouvons différentes installations pour les centrales photovoltaïques et éoliennes
connectées aux réseaux et sur des sites isolés.
L’idée est donc de stocker l’énergie pour garantir la satisfaction de la demande à chaque
instant mais aussi pour éviter d’éventuelles surtensions en cas de surproduction d’énergie.
Aujourd’hui, un large éventail de technologies de stockage d’énergie est utilisé.
Le dimensionnement du stockage de l’énergie pour les systèmes isolés est encore du domaine
de la recherche étant donnée sa complexité en termes de modélisation et d’optimisation. Le
stockage d’énergie devient actuellement intéressant dans une problématique connectée ou
faiblement connectée réseau pour résoudre le problème d’intermittence des énergies
renouvelables [6].et aussi la gestion de l'énergie et la surveillance du système est essentielle pour
un système complet et rentable.
Ce chapitre commence par présenter brièvement la production et la croissance mondiale de
l’énergie électrique et localement (algérien), ainsi que la croissance des différentes installations
des centrales photovoltaïques raccordées aux réseaux et sur sites isolés. Nous avons étudié aussi
les différentes Système de stockage d'électricité et le contrôle et de surveillance système
photovoltaïques.
I.2. Energie photovoltaïque
L’énergie photovoltaïque est basée sur l’effet photoélectrique. Celui-ci permet de créer un
courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Le soleil émettant ce
type de rayonnement, cette ressource a donc l’avantage d’être inépuisable et utilisable en tout
point d’un territoire.
4
C’est également une énergie propre puisque que la production énergétique à partir des
modules PV n’engendre pas de GES (Gaz à Effet de Serre).
La production est invariablement liée aux conditions climatiques et une surface considérable
est nécessaire pour produire de grande quantité d’énergie puisque le rendement des panneaux PV
est relativement faible (typiquement entre 10 et 18 %) [7].
I.2.1. Historique de l’énergie photovoltaïque
Quelques dates importantes dans l’énergie photovoltaïque [8] :

1839 : Le physicien français Edmond Becherel découvre l’effet photovoltaïque.
1875 : Werner Von Siemens expose devant l’académie des sciences de Berlin un article sur
l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs.
1954 : Trois chercheurs américains Chapin, Pearson et Prince fabriquent une cellule
Photovoltaïque.
1958 : Une cellule avec un rendement de 9 ℅ ; les premiers satellites alimentés par de cellules
Solaires sont envoyés dans l’espace.
1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à
l’université de Delaware.
1983 : La première voiture alimentée en énergie photovoltaïque parcourt une distance de4000
Km en Australie [8].
I.3. Energie photovoltaïque dans le monde
Les énergies renouvelables, et l’énergie solaire en particulier, constituent un des piliers de la

transition énergétique et de la lutte contre le réchauffement climatique
Les énergies renouvelables représentent 25 % de la consommation mondiale d’électricité.
Parmi eux on trouve que l’énergie photovoltaïque représente un quart de l’énergie produite.
En 2018, quatre pays possédaient plus des deux tiers du total de la puissance photovoltaïque
mondiale installée. La Chine à elle seule concentre 35 % de cette puissance. Viennent ensuite
les États-Unis (12 %), le Japon (11 %) et l’Allemagne (9 %) [9].
Le secteur de l’énergie solaire devrait encore croître fortement au cours des années à venir.
Afin de couvrir l’ensemble des besoins mondiaux en électricité, il faudrait recouvrir une surface
de 100 000 𝑘𝑚2 de panneaux photovoltaïques, ce qui correspond à l’équivalent de la surface de
l’Islande [10].
5
La figure (I.1) présente la capacité totale de production d'énergie solaire dans le monde. La
pollution naturelle a amené le monde à penser la production d'énergie de manière alternative et
propre (énergies renouvelables) et à la diffuser dans tous les pays du monde.
Nous constatons ces augmentations de la production photovoltaïques surtout au fil du temps,
ce qui stimule leur croissance et double la productivité.
Figure. I. 1. Capacité totale de production d'énergie solaire dans le monde (en MW) [11].
I.4. Production d'énergie en Algérie
Au vu d’un gisement solaire exceptionnel qui enferme l’Algérie. Le développement des

énergies renouvelables fait partie des principaux objectifs de la recherche scientifique et du
développement technologique en Algérie.
L’Algérie vise à installer une capacité de 22000 𝑀𝑊 en énergie renouvelable, en majorité
solaire et éolien, à l’horizon 2030, ce qui couvriraient le tiers de la consommation en énergie
électrique domestique [12].
Depuis l’adoption du programme national de développement des énergies renouvelables
en 2011, il a été recensé la mise en service en 2014 d’une centrale Photovoltaïque (PV) multi
technologique pilote de 1,1 𝑀𝑊 à Ghardaïa et d’une centrale éolienne de 10 𝑀𝑊 à Adrar, qui
viennent s’ajouter à la centrale hybride solaire-gaz de 150 𝑀𝑊 dont 25 𝑀𝑊 en technologie
solaire CSP (Concentrateurs solaires de puissance) avec miroirs cylindro-paraboliques à Hassi-
R'mel [12].
La figure (I.2) présente la production énergétique annuelle issue des centrales PV supposées
être installé dans différentes régions d’Algérie. Les sites concernés sont : Alger, Djelfa et
6
Adrar.
On remarque que la région la plus adaptée à la production photovoltaïque en termes de
quantité d’énergie annuelle produite (ANPE) est la région du Sahara (Adrar) et la technologie la
plus productible est la technologie des couches minces CdTe (Cadmium telluride) et ce pour
tous les sites [13].
Figure. I. 2. Energie produite nette annuelle [13].
I.5.Les différents types de système photovoltaïques
Les systèmes PV sont classés en deux grandes catégories selon la manière dont l’énergie
utilisée [14] :
➢ Systèmes isolés et autonomes.
➢ Systèmes raccordés au réseau.
I.5.1. Systèmes isolés et autonomes
Le rôle des systèmes autonomes est d’alimenter un ou plusieurs consommateurs situés dans
une zone isolée du réseau électrique.
La Figure I.3 qui représente l’exemple d’un système PV autonome. Un système de stockage
est associé aux générateurs PV pour assurer l’alimentation à chaque instant et pendant plusieurs
jours malgré l’intermittence de la production.
Ce système de stockage représente une part très importante du coût de l’installation, et ces
conditions de fonctionnement sont très contraignantes.
7
Par conséquent, des systèmes de gestion de l’énergie ont été développés afin d’optimiser la
durée de vie du système de stockage et de réduire les coûts de fonctionnement.
La gestion de l’énergie dans les systèmes PV autonomes est encore un thème de recherche
très présent dans le domaine du photovoltaïque [15].
En général ces installations comprennent quatre éléments :
➢ Les panneaux photovoltaïques.
➢ Système de stockage.
➢ Convertisseurs statiques.
➢ Système de contrôle et de surveillance.
Figure. I. 3. Exemple de la structure d’un système PV autonome.
I.5.2. Le connecté au réseau
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.
D’un point de vue de la physique, l’énergie produite par les modules 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, Le réseau est utilisé en appoint à la
production PV [14].
8
Figure. I. 4. Exemple de la structure d’un système PV connecté au réseau
I.6. Avantage et inconvénients de l’énergie photovoltaïques
L'énergie photovoltaïque a plusieurs avantages, néanmoins elle présente aussi quelques

inconvénients, ils seront présentés ci-dessous [16] :
I.6.1. Avantage de l'énergie photovoltaïque
➢ L’énergie du soleil est la source la plus renouvelable parmi toutes les autres.
➢ Sur les sites isolés, l’énergie photovoltaïque offre une solution pratique pour obtenir de
l’électricité à moindre coût.
➢ La revente du surplus de production permet d’amortir les investissements voir de générer
des revenus.
➢ L’énergie photovoltaïque est totalement modulable et peut donc répondre à un large
éventail de besoins. La taille des installations peut aussi être augmentée par la suite
poursuivre les besoins de la charge.
➢ L’énergie photovoltaïque est une énergie propre et non-polluante qui ne dégage pas
dégaza à effet de serre et ne génère pas de déchets.
I.6.2. Inconvénients de l'énergie photovoltaïque
➢ Le coût d’investissement des panneaux photovoltaïques qui reviennent cher.

➢ La fabrication des panneaux photovoltaïques relève de la haute technologie, demandant
énormément de recherche, de développement et donc des investissements couteux. Ce qui
se produit avec un prix d’installation qui, aujourd’hui reste assez chère.
9
➢ Les rendements des panneaux photovoltaïques sont encore faibles.

➢ Dans le cas d’une installation photovoltaïque autonome qui ne revend pas son sur plus
d’électricité au réseau, il faut inclure des batteries dont le coût reste très élevé.
➢ Le niveau de production d’électricité n’est pas stable et pas prévisible mais dépend du
niveau d’ensoleillement. De plus, il n’y a aucune production d’électricité le soir et la nuit.
➢ La durée de vie d’une installation photovoltaïque n’est pas éternelle mais de l’ordre
de20 à 30 𝑎𝑛𝑠. De plus, le rendement des cellules photovoltaïque diminue avec le temps.
I.7. Système de stockage d'électricité
Le stockage de l'électricité peut être réalisé efficacement. Initialement, il doit être transformé
en une autre forme d'énergie stockable et être reconverti en cas de besoin.
Il existe de nombreuses techniques possibles de stocker de l'énergie, que l'on retrouve dans
pratiquement toutes les formes d’énergie : mécanique, chimique et thermique.
Les technologies de stockage répondant à des critères techniques et économiques spécifiques,
qui varient considérablement en fonction des applications et des besoins, seront évidemment de
types différents [17].
Il existe différentes technologies de stockage d'énergie électrique, chacune adaptée à leur
domaine d'application.
En général, plusieurs critères sont analysés lors de la considération et du choix des
technologies du système de stockage pour une application spécifique. Ces critères incluent [17]:
➢ Durée de vie ;
➢ Cycle de vie ;
➢ Puissance et l'énergie ;
➢ Taux d'autodécharge ;
➢ Impact sur l'environnement ;
➢ Efficacité du cycle ;
➢ Coût en capital ;
➢ Durée de stockage ;
➢ Maturité technique.
I.7.1. Stockage direct
Ce sont des techniques qui permettent de stocker directement l’énergie sous forme électrique.
Il s’agit des : condensateurs, super condensateurs et inductances supraconductrices.
10
Ces techniques de stockage sont considérées comme des sources de puissance à cause de leur
grande puissance spécifique et de leur faible densité. Il s’agit de [18] :
➢ Les condensateurs
➢ Super condensateur
➢ Inductances supraconductrices
I.7.2. Stockage indirect
Pour stocker l’énergie de façon significative et l’utiliser sur de longues périodes, il est
nécessaire de la transformer d’abord en une autre forme d’énergie intermédiaire et stockable
(potentielle, cinétique, chimique ou thermique). Il s’agit de [18]:
A. Accumulateurs électrochimiques
➢ Accumulateurs au lithium-ion (Li-ion)
➢ Accumulateurs au plomb-acide (Pb-ac)
➢ Accumulateurs au nickel cadmium (Ni-Cd)
B. Stockage sous forme d’hydrogène
C. Stockage hydraulique
D. Stockage à air comprimé (CAES)
E. Volant d’inertie
F. Stockage sous forme thermique
I.8.Système de contrôle et de surveillance
Un système photovoltaïque comme tout processus industriel, peut être soumis au cours de son
fonctionnement à différents défauts et anomalies, conduisant à une baisse de performance du
système.
Pour faire de la maintenance préventive et entretenir les installations photovoltaïques à temps,
il faut avoir un système qui permet de mesurer, enregistrer et transférer les données, et être
capable de traiter les données mesurées et détecter une panne sur une installation photovoltaïque
quelconque, c'est ce qu'on appelle un système de surveillance (monitoring) [19].
La gestion de l’énergie consiste les caractéristiques des sous-ensembles suivants : le panneau
solaire approprié, le super condensateur approprié, les systèmes d’adaptation de l’énergie à
placer entre les étages de production, de stockage et de consommation ainsi que trouver le
système permettant l’équilibre entre la puissance fournie et la puissance consommée aussi de
réguler le processus de charge/décharge du stockage d’autre part par des algorithmes [20].
11
I.9. Conclusion
Nous avons vu dans ce chapitre que l'ampleur de l'importance de l'énergie photovoltaïque

pour le monde et les pays en développement en termes de réduction de la pollution et du
réchauffement climatique et nous trouvons dans cette énergie beaucoup d'équipement, y compris
le stockage et son rôle majeur en l'absence de soleil et cela fait partie des choses nécessaires dans
les zones isolées.
La gestion de l'énergie joue un rôle important dans ce système en termes de rentabilité,
d'efficacité de production et de bon fonctionnement du système.
Dans le chapitre suivant on va étudier la modélisation et simulation d’un système
photovoltaïque.
12
Chapitre II
Modélisation et Simulation
d’un Système PV
Chapitre II Modélisation et simulation d’un système PV
II.1. Introduction
L’énergie Photovoltaïque (PV) provient de la transformation directe d’une partie du

rayonnement solaire en énergie électrique. La tension générée peut varier en fonction des
données météorologiques (température, éclairement) [21].
Certains algorithmes recherchent le point optimal de fonctionnement nommé PPM (Point de
Puissance Maximale) correspondant à une tension et un courant de panneau PV optimaux
(nommés respectivement 𝑉𝑂𝑃𝑇 et 𝐼𝑂𝑃𝑇 (tension correspondant au point de puissance maximale))
pour lesquels la puissance maximale dépend d’un certain nombre de paramètres
météorologiques, tel que le niveau d’irradiation solaire et la température. Un hacheur élévateur
de tension (DC/DC) est contrôlé par l’algorithme de PPM afin d’extraire une puissance
maximale du panneau photovoltaïque [21].
Ce chapitre commence par présenter brièvement l’effet photovoltaïque et modélisation de
cellule photovoltaïque ainsi que les hacheurs, Surtout la modélisation de l’hacheur élévateur de
tension (Boost). Ensuite, nous avons étudié l’algorithme de PPM utilisé dans notre étude de
projet de fine étude. Enfin, nous présentons les résultats de simulation d’un générateur PV
associé à un hacheur élévateur de tension qui sera contrôlé par un algorithme de PPM.
II.2. Effet photovoltaïque
L'effet photovoltaïque se manifeste quand un photon est absorbé dans un matériau composé
de semi-conducteurs dopés p (positif) et n (négatif), dénommé comme jonction p-n (ou n-p) est
un processus de transformation de l’énergie émise par le soleil, sous forme de photons, en
énergie électrique à l’aide de composant semi-conducteur appelé cellule solaire [22].
II.3. Cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est assimilable à une diode photosensible, elle est basée sur le
phénomène physique appelé effet photovoltaïque qui consiste à établir une force électromotrice
lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière.
La tension générée peut varier entre 0.3 𝑉 et 0.7 𝑉 en fonction du matériau utilisé et de sa
disposition ainsi que la température et du vieillissement de la cellule [23].
Une cellule photovoltaïque est constituée de [23] :
➢ D’une fine couche semi-conductrice (matériau possédant une bande interdite, qui joue le
rôle de barrière d’énergie que les électrons ne peuvent franchir sans une excitation
14
extérieure, et dont il est possible de faire varier les propriétés électroniques) tel que le
silicium, qui est un matériau présentant une conductivité électrique relativement bonne.
➢ D’une couche anti-reflet permettant une pénétration maximale des rayons solaires.
➢ D’une grille conductrice sur le dessus ou cathode et d’un métal conducteur sur le dessous
ou anode.
➢ Les plus récentes possèdent même une nouvelle combinaison de multicouches
réfléchissants justes en dessous du semi-conducteur, permettant à la lumière de rebondir
plus longtemps dans celui-ci pour améliorer le rendement.
II.4. Modélisation d'une cellule photovoltaïque
Un schéma équivalent plus complet d’une cellule solaire photovoltaïque (modèle à une diode)
est illustré dans la figure (II.1). Il complète le schéma précédent en introduisant deux résistances
𝑅𝑆𝐻 et 𝑅𝑆 qui modélisent les défauts de la cellule [20].
𝑰𝑷𝑽 𝑰𝑷𝑽
𝑹𝑺
𝑽𝑷𝑽 𝑽𝑷𝑽
𝑰𝑫 𝑽𝑫 𝑹𝑺𝑯
𝑰𝑳𝒊𝒈𝒉𝒕
Figure. II. 1. Schéma d’une cellule photovoltaïque.

En notant :
𝐼𝐷 : Courant inverse de diode.
𝐼0 : Courant de saturation de diode, dépendant de la température.

𝐼𝐿𝑖𝑔ℎ𝑡 : Photo courant, dépendant de l’intensité de l’irradiation.
𝑅𝑆𝐻 : Résistance en parallèle, représentant l’admittance parallèle du générateur de courant.
𝑅𝑆 : Résistance en série, modélisant les pertes ohmiques du matériau et des contacts.
𝑉𝑃𝑉 : Tension aux bornes de la cellule.
𝐼𝑃𝑉 : Courant fourni par la cellule.
Le fonctionnement du circuit en générateur peut ainsi être formalisé par un système
d'équations résultant des lois de Kirchhoff :
𝐼𝑃𝑉 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑑 − 𝐼𝑝 (II. 1)
15
𝑽𝑷𝑽 +(𝑰𝑷𝑽 .𝑹𝑺 )
𝑰𝑷𝑽 = 𝑰𝑳𝒊𝒈𝒉𝒕 − 𝑰𝟎 [𝒆𝒙𝒑 ( ) − 𝟏] −
𝑽𝒓
𝑽𝑷𝑽 +(𝑰𝑷𝑽 .𝑹𝒔 )
(𝐈𝐈. 𝟐)
𝑹𝑺𝑯
Avec :
𝒎.𝒌.𝑻
𝑽𝒓 = (𝐈𝐈. 𝟑)
𝒒
Où :
𝑚 : Indice du matériau (compris entre 1 et 2 selon de la technologie).
𝑘 : Constante de Boltzmann.
𝑇 : Température en Kelvin.
𝑞 : Charge de l'électron.
Une cellule photovoltaïque (PV) va ainsi produire de l’énergie de manière proportionnelle à
l’intensité lumineuse qu’elle reçoit. La température est également un facteur influant sur les
caractéristiques d’une cellule photovoltaïque [20].
II.5. Générateur photovoltaïque (GPV)
Un module photovoltaïque est constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques

élémentaires montées en série et/ou en parallèle afin d’obtenir des caractéristiques électriques
désirées tels que : la puissance, le courant de court-circuit 𝐼𝑐𝑐 ou la tension en circuit ouvert𝑉𝑐𝑜 .
L’association de plusieurs cellules PV en série/parallèle donne lieu à un GPV. Si les cellules
se connectent en série, les tensions de chaque cellule s’additionnent, augmentant la tension totale
du générateur. D’une autre part, si les cellules se connectent en parallèle, c’est l’ampérage qui
augmentera. La plupart des panneaux PV commerciaux sont constitués parades sous-réseaux de
cellules connectés en série. Chacun de ces sous-réseaux est lui-même constitué d’un groupe de
cellules PV connectés en série [25].
II.5.1. Caractéristique courant-tension
La caractéristique courant-tension illustrée dans la figure (II.2) décrit le comportement du

GPV sous l’influence des conditions météorologiques spécifiques (niveau d’éclairement 𝜓 =
1000 𝑊/𝑚2 et température ambiante𝑇 = 25 °𝐶).
La courbe caractéristiques courant-tension (I-V) du module photovoltaïque passe par trois
points importants qui sont :
➢ Le courant de court-circuit 𝐼𝑐𝑐 en point C.
➢ La tension de circuit ouvert 𝑉𝑐𝑜 en point S.
16
➢ La puissance maximale 𝑃𝑚𝑎𝑥 en point M.

Il est difficile de donner un caractère source de courant ou de tension à un GPV sur toute
l’étendue de la caractéristique courant-tension. Par conséquent, le GPV est considéré comme une
source de puissance avec un point 𝑃𝑚𝑎𝑥 où lapuissance se trouve maximale.
Il est donc intéressant de se placer sur ce point pour tirer le maximum d’énergie et ainsi
exploiter au mieux la puissance crête installée. Il est important dénoter que certains régulateurs
solaires réalisent une adaptation d’impédance afin qu’à chaque instant on se trouve proche de ce
point 𝑃𝑚𝑎𝑥 [25].
Figure. II. 2. Caractéristique courant-tension d’un générateur photovoltaïque.
II.5.2. Influence de l’ensoleillement
Une baisse de l’ensoleillement provoque une diminution de la création de paires électron- trou
avec un courant changé à l’obscurité. Le courant du panneau solaire étant égal à la soustraction
de la photo courant et du courant de diode à l’obscurité, il y’a une baisse du courant solaire
𝐼𝑐𝑐 proportionnelle à la variation de l’ensoleillement accompagnée d’une très légère diminution de
la tension 𝑉𝑐𝑜 et donc un décalage du point 𝑃𝑚𝑎𝑥 du panneau solaire vers les puissances
inférieures.
Les figures (II.3) et (II.4) représentent les caractéristiques (P-V) et (I-V) respectivement d’un
GPV pour une température constante (𝑇 = 25°𝐶) et un ensoleillement variable [25].
17
Figure. II. 3. Caractéristique (I-V) d’un panneau à divers ensoleillements à (𝑻 = 𝟐𝟓°𝑪).
Figure. II. 4. Caractéristique (P-V) d’un panneau à divers ensoleillements à(𝑻 = 𝟐𝟓°𝑪).
Il est clair que la valeur du courant de court-circuit est directement proportionnelle à
l’intensité du rayonnement. Par contre, la tension en circuit ouvert ne varie pas dans les mêmes
proportions, mais reste quasiment identique même à faible éclairement.
Ceci implique donc que :
➢ La puissance optimale de la cellule (𝑃𝑚𝑎𝑥 ) est pratiquement proportionnelle à
l’éclairement ;
➢ Les points de puissance maximale se situent à peu près à la même tension ;
➢ Influence de la température sur les courbes (I-V) et (P-V).

Les figures(II.5) et (II.6) présentent respectivement des courbes (I-V) et (P-V) pour différentes
températures de fonctionnement du module photovoltaïque à une irradiation constante. Nous
remarquons que la température à une influence négligeable sur la valeur du courant de court-
circuit. Par contre, la tension en circuit ouvert baisse assez fortement lorsque la température
augmente. On en déduit donc que le panneau peut fournir une tension correcte, même à faible
éclairage, par conséquent la puissance extractible diminue [25].
Lors du dimensionnement d’une installation, la variation de la température du site sera
18
impérativement prise en compte. Il est important de savoir que la puissance du panneau diminue
environ de 0,5% par chaque degré d’augmentation de la température de la cellule au-dessus de
25 °𝐶. Enfin, il est important de noter que, lorsque l’éclairement est plus faible que 100 𝑊/𝑚2
la tension du panneau varie à son tour. Elle baisse avec l’éclairement (variation logarithmique).
Seules les photopiles au silicium amorphe permettent un fonctionnement dans ces conditions,
grâce à une tension encore assez élevée. C’est pour cette raison que le silicium amorphe peut être
utilisé sous éclairage artificiel, contrairement au silicium cristallin. Ceci va beaucoup contribuer
dans notre choix de cellules [25].
Figure. II. 5. Courbes (I-V) d’un générateur PV pour différentes températures à𝝍 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑾/𝒎𝟐 .
Figure. II. 6.Courbes (P-V) d’un générateur PV pour différentes températures à𝝍 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝑾/𝒎𝟐 .
Nous présentons les résultats de simulation dans la sortie panneaux photovoltaïques avant le
hacheur le courant et tension et puissance avec logiciel MATLAB / Sim Power System pour un
éclairement solaire 𝐺 = 1000 [𝑊/𝑚2 ] et une température 𝑇 = 293 [K].
Les figures II.7, II.8 et II.9 présentent le courant, la tension et la puissance de sortie de PV. On
remarque que la puissance atteint sa valeur optimale est égale le produit entre la tension et le courant
générées par le PV.
19
Figure. II. 7. Courbe de Courant(𝑰𝑷𝑽 ).
Figure. II. 8.Courbe de Tension(𝑽𝑷𝑽 ).
Figure. II. 9. Courbe de Puissance(𝑷𝑷𝑽 ).
II.6. Hacheur
Un hacheur de type élévateur de tension permet de régler le transfert d’énergie d’une source
continue vers la charge avec une tension élevée et un rendement élevé.
La figure (II.10) présente le schéma électrique d'un hacheur élévateur de tension (Boost). Il
est constitué d’une source d'entrée est de type courant continu (inductance en série avec une
20
source de tension) et la charge de sortie est de type tension continue (condensateur en parallèle
avec la charge résistive). L'interrupteur 𝐾 peut être remplacé par un transistor puisque le courant
est toujours positif et que les commutations doivent être commandées (au blocage et à
l'amorçage) [26].
𝑰𝒊 𝑰𝑳 𝑳 𝑰𝒐
𝑰𝒄𝟏 𝑽𝑳 𝑫 𝑰𝒄𝟐
𝑽𝒊 𝑪𝟐 𝑪𝟐 𝑽𝒐
𝑲
Figure. II. 10. Schéma électrique d'un hacheur boost.
II.6.1. Fonctionnement
Quand l’interrupteur𝐾est fermé pendant la durée𝛼𝑇le courant dans l’inductance croît

linéairement. La tension aux bornes d’interrupteur 𝐾est nulle. Pendant le temps𝑡 ∈ [𝛼𝑇𝑒 , 𝑇𝑒 ],
l’interrupteur s’ouvre et l’énergie emmagasinée dans l’inductance commande la circulation du
courant dans la diode de roue libre𝐷.
On a alors :
𝑉𝐾 = 𝑉𝑜 (II. 4)
En écrivant que la tension aux bornes de l’inductance est nulle, on arrive à [26] :
𝑉𝑜 (1 − 𝛼) = 𝑉𝑖 (II. 5)
II.6.2. Modèle mathématique équivalent
Afin de pouvoir synthétiser les fonctions du hacheur survolteur à l’état d’équilibre, il est
nécessaire de présenter les schémas équivalents du circuit à chaque position de l’interrupteur𝐾.
La figure (II.11) présente le circuit équivalent du boost, lorsque interrupteur 𝐾 est fermé c.-à-
d entre [0 , 𝛼𝑇𝑒 ][26].
𝑰𝒄𝟏 𝑽𝑳 𝑰𝒄𝟐
Figure. II. 11. Schéma électrique d'un hacheur boost fermé

21
Comme pour le circuit Buck, l’application des lois de Kirchhoff sur les circuits équivalents
des deux phases de fonctionnement donne :
𝑑𝑉𝑖 (𝑡)
𝐼𝑐1 (𝑡) = 𝐶1 = 𝐼𝑖 (𝑡) − 𝐼𝐿 (𝑡) (II. 6)
𝑑𝑡
𝑑𝑉𝑜 (𝑡)
𝐼𝑐1 (𝑡) = 𝐶2 = −𝐼𝑜 (𝑡) (II. 7)
𝑑𝑡
𝑑𝐼𝐿 (𝑡)
𝑉𝐿 (𝑡) = 𝐿 = 𝑉𝑖 (𝑡) (II. 8)
𝑑𝑡
À l’état ouvert de l’interrupteur𝐾, le circuit équivalent au fonctionnement du Boost est
présenté dans la figure (II.12)
𝑰𝒄𝟏 𝑽𝑳 𝑰𝒄𝟐
Figure. II. 12 . Schéma électrique d’un hacheur boost ouvert.

𝑑𝑉𝑖 (𝑡)
𝐼𝑐1 (𝑡) = 𝐶1 = 𝐼𝑖 (𝑡) − 𝐼𝐿 (𝑡) (II. 9)
𝑑𝑡
𝑑𝑉𝑜 (𝑡)
𝐼𝑐1 (𝑡) = 𝐶2 = 𝐼𝐿 (𝑡) − 𝐼𝑜 (II. 10)
𝑑𝑡
𝑑𝐼𝐿 (𝑡)
𝑉𝐿 (𝑡) = 𝐿 = 𝑉𝑖 (𝑡) − 𝑉𝑜 (𝑡) , (II. 11)
𝑑𝑡
II.7. Poursuite du point de puissance maximum
L'efficacité de conversion d'énergie du module PV (module PV : l’association des plusieurs

cellule PV en série et en parallèle) est plutôt faible et varie en fonction de l’éclairement et la
température.
Le contrôle du suivi du point de puissance maximale d’un module PV est un problème
compliqué. Par conséquent, pour surmonter ces problèmes et obtenir une efficacité maximale, le
système PV nécessite une application d’un algorithme de PPM pour le but d’extraire une
puissance optimale pour différentes conditions de fonctionnement.
Pour atténuer ces problèmes, diverses stratégies de contrôle de suivi de la puissance optimale
étaient déjà discutées dans la littérature pour l’obtention d’une meilleure efficacité de conversion
énergétique pour toutes les données météorologiques, telles que l’algorithme Perturbe et Observe
(P & O) [27], conductance incrémentale [27] sont les plus couramment utilisées dans les
algorithmes du PPM.
22
Dans ce projet de fin d’étude, nous avons choisi l'algorithme PPM à base de l’algorithme
Perturbe et Observe (P & O).
La figure (II.13) montre la configuration de circuit de base d'un hacheur survolteur de tension
avec un algorithme de PPM.
Figure. II. 13. Hacheur survolteur avec l’algorithme de PPM pour le GPV.
II.7.1. Principe de l’algorithme de PPM
L’algorithme de PPM est un organe fonctionnel du système PV et permet de chercher le point

de fonctionnement optimal du générateur PV dans des conditions météorologiques et de charge
stable. Que ce soit une commande analogique ou digitale, le principe de régulation est basé sur la
variation automatique du rapport cyclique 𝐷à la valeur adéquate de manière à maximiser la
puissance à la sortie du panneau PV [28].
II.7.2. Méthode de l’algorithme de la perturbation et l’observation (P&O)
C’est l’algorithme de poursuite du PPM le plus utilisé (figure II.14). Comme son nom
l’indique il est basé sur la perturbation du système à travers l’augmentation ou la diminution de
𝑉𝑟𝑒𝑓 ou en agissant directement sur le rapport cyclique du convertisseur DC/DC, puis par
l’observation des effets de ces perturbations sur la puissance de sortie du panneau. Si la valeur de
la puissance actuelle 𝑃(𝑘) du panneau est supérieure à la valeur précédente 𝑃(𝑘 − 1) alors en
garde la même direction de perturbation précédente sinon on inverse la perturbation du cycle
précédent [29].
Avec cet algorithme la tension de fonctionnement 𝑉 est perturbée à chaque cycle du PPM.
Dès que le PPM sera atteint, 𝑉 oscillera autour de la tension idéale 𝑉𝑝𝑚 de fonctionnement. Ceci
cause une perte de puissance qui dépend de la largeur du pas d'une perturbation simple.
La valeur pour la largeur idéale du pas 𝛥𝐷 dépend du système, elle doit être déterminée
expérimentalement.
23
Figure. II. 14. Organigramme d’algorithme PPM-P&O.
II.8. Résultats de simulation et interprétation
Dans cette partie, nous présentons les résultats de simulation d’un GPV connecté à une charge
à travers un hacheur élévateur de tension contrôlé par l’algorithme de PPM basé sur P&O évalué
à l'aide du logiciel MATLAB / SimPowerSystem pour un éclairement solaire 𝐺 = 1000 [𝑊/
𝑚2 ] et une température 𝑇 = 293 [K]. Les paramètres de système proposés sont répertoriés dans
l’annexe A.
La figure (II.15) montre l’allure de la tension d’entrée et de la sortie de l'hacheur élévateur de
tension. On constate clairement que la tension de sortie est supérieure par rapport à la tension
d’entrée qui signifié le bon fonctionnement de l’hacheur.
Figure. II. 15. Tension(𝑽𝑮𝑷𝑽 ).
24
La figure (II.16) montre l’allure du courant en entré et à la sortie de l'hacheur élévateur de

tension. On constate clairement que le courant de sortie est inferieur par rapport au courant
d’entré qui signifié le bon fonctionnement de l’hacheur.
Figure. II. 16. Courant(𝑰𝑮𝑷𝑽).

La figure (II.17) montre l’allure de la puissance optimale générée pour des données
météorologiques nominales. On remarque que la puissance abouti sa valeur crête qui parmi de
signifier le bon fonctionnement de l’algorithme de PPM basé sur P&O pour le but d’extraire le
maximum d’énergie PV.
Figure. II. 17. Puissance(𝑷𝑮𝑷𝑽 ).
II.9. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons étudié un système PV constituant d’un GPV associé avec un
hacheur élévateur de tension contrôlé par un algorithme de type P&O pour le but d’extraire le
maximum d’énergie PV pour les différentes données météorologiques. Les résultats de
simulation montrent le bon fonctionnement du système étudié.
25
Dans le troisième chapitre, un système de stockage d'énergie de type super condensateur sera
étudié.
26
Chapitre III
Système de Stockage
Chapitre III Système de stockage
III.1. Introduction
Les super condensateurs bénéficient relativement d’une grande capacité de stockage, d’une
faible résistance série, d’une forte densité de puissance, d’une bonne stabilité en température et
d’une forte cyclabilisée [30]. Ces bonnes caractéristiques font qu’aujourd’hui ces systèmes de
stockage sont utilisés dans différentes applications.
Ce chapitre permit de présenter brièvement la constitution d’un système de stockage de type
de super condensateur. Puis sa caractéristique. Ensuite, la modélisation de super condensateur.
Enfin, on présente la modélisation et le principe de fonctionnement d’un hacheur de type Buck-
Boost qui sera utilisé pour charger et décharger le super condensateur connecté avec une source
d’énergie renouvelable de type PV.
III.2. Super condensateur
Sous l’impulsion des besoins du marché des véhicules électriques, il a été développé dans les
années 1990 un nouveau type de condensateur à très haute énergie volumique : les condensateurs
double couche ou super condensateurs qui se caractérisent par une faible tension de service
(𝑒𝑛𝑣𝑖𝑟𝑜𝑛 2,5 𝑉) et une très forte capacité (plusieurs farads à quelques milliers de farads). Ils
sont capables de fournir des courants élevés sur de petites durées (millisecondes, secondes, ou
éventuellement minutes) [31].
III.2.1. Classification
La nature du matériau utilisé pour les électrodes permet de classer les super condensateurs en
deux familles [31] :
➢ Super condensateurs électrostatiques
➢ Super condensateurs électrochimiques
III.2.1.a. Carbone
Le charbon actif est un composé carboné (de l’ordre de 80% de carbone) de grande surface
spécifique (typiquement 2000 𝑚²/𝑔). Le produit final se présente généralement sous forme de
poudre ou de granulés. Dans le SC, on utilise le caractère polarisable de l’électrode en carbone et
la surface physique du charbon. Un gramme de charbon peut conduire à des capacités de
quelques dizaines de Farad et à des énergies de quelques 𝑊ℎ/𝑘𝑔. Par ailleurs la puissance varie
entre quelques centaines et quelques milliers de 𝑊/𝑘𝑔 selon leur conductivité.
28
Les électrodes en charbon actif sont plus utilisées dans le SC en raison de la surface
spécifique importante du charbon actif et de son prix compétitif [32].
III.2.1.b. Electrolyte
Dans un super condensateur, l’électrolyte est obtenu par une combinaison d’un solvant
permettant la dissolution d’un sel. Ce sel dissout fait apparaître des molécules positives (cations)
et des molécules chargées négativement (anions). Ce sont ces molécules chargées électriquement
qui vont permettre la formation de la double couche à l’interface électrode-électrolyte [32].
III.2.1.c. Séparateurs
Il évite le contact électrique entre les deux électrodes du super condensateur tout en
permettant une bonne circulation des charges de l’électrolyte (anion-cation) [32].
III.2.1.d. Collecteurs de courant
Ils doivent être d’épaisseurs minimales afin de limiter le plus possible leur contribution à la
densité d’énergie et la densité de puissance [32].
III.2.2. Principe de super condensateurs
Avec des capacités atteignant des milliers de farads, les super capacités ont révolutionne les
applications. La différence fondamentale avec la technologie électrolytique des condensateurs
réside dans l’absence apparente de couche diélectrique (Figure III.1) [33].
Figure. III. 1.Condensateur électrolytique, (a) et super capacité (b).

En effet, le principe de base des super capacités repose sur les propriétés capacitives de
l’interface entre conducteur électronique solide et conducteur ionique liquide [33].
29
Le stockage d’énergie s’effectue par distribution des ions de l’électrolyte au voisinage de la

surface de chaque électrode sous l’influence de la tension électrostatique appliquée. Il se crée
ainsi aux interfaces une zone de charge d’espace appelée couche double électrique, d’épaisseur
limitée à quelques nanomètres. La fonction diélectrique est assurée quant à elle par les molécules
du solvant de l’électrolyte [33].
Une super capacité peuvent être schématisées par deux capacités représentatives des charges
stockées, connectées en séries par le biais d’une résistance associée à l’électrolyte (Figure
(III.2)).
Figure. III. 2. Principe de développement des super capacités.

Les matériaux d’électrodes poreux à très grande surface spécifique comme le charbon(>
1000 𝑚2 /𝑔) permettent d’accroitre l’énergie spécifique et la capacité volumique de super
capacités sans accroitre le volume total.
Le principe de stockage d’énergie électrostatique par couche double électrique confère aux
super capacités deux caractéristiques importantes : leur réversibilité en tension et leur faible
tenue en tension (quelques volts), cette dernière caractéristique rend inévitable leur mise en série
pour différentes applications [33].
III.2.2.1. Principe de la charge
Habituellement, les super condensateurs sont chargés à courant constant bien que cela ne soit
en rien obligatoire. Cela fait croître la tension aux bornes de façon linéaire si la capacité 𝐶 est
constante [20].
𝑑𝑉
𝐼=𝐶 (III. 1)
𝑑𝑡
𝐼
𝑉(𝑡) = 𝐶 . 𝑡 + 𝑉(0) (III. 2)
30
Les super condensateurs sont chargés par l’Autolab, modèle PGSTAT 30, à courant constant
à (300 𝑚𝐴). Le courant de charge est approximativement égal au courant de court-circuit du
panneau solaire choisi pour alimenter la charge de (150 𝑚𝑊). La fin de la charge est atteinte
lorsque la tension passe au-dessus de sa tension nominale (donnée par le fabricant) [20].
III.2.2.2. Principe de la décharge
Les deux super condensateurs sont déchargés à courant constant à(−55 𝑚𝐴). Le courant de
décharge doit être plus grand que celui des accumulateurs à cause du convertisseur qui sera
nécessaire en sortie du super condensateur pour maintenir la tension constante aux bornes de la
charge, ce qui signifie qu'une partie de l'énergie sera dissipée par ce convertisseur.
Le test des super condensateurs aux différentes températures est plus simple que celui des
accumulateurs car ils sont moins sensibles à la température que ces derniers [20].
III.3.Modélisation des super condensateurs
La modélisation des super condensateurs doit nous permettre de déterminer le nombre de

super condensateurs nécessaires pour notre application. Un super condensateur se compose,
Schématiquement, de deux électrodes poreuses imprégnées d'électrolyte, connectées chacune à
un collecteur métallique, et séparées l'une de l'autre par une membrane isolante poreuse (pour
assurer la conduction ionique) (figure III.3) [20].
Figure. III. 3. Vue schématique d'un super condensateur.

La double couche électrique peut être modélisée, non pas par une unique capacité non linéaire
éventuellement résistive, mais par un réseau complexe de capacités non-linéaires,
interconnectées entre elles par des résistances d'accès aux pores [20].
31
III.3.1. Modèle classique RC
Le modèle le plus simple est celui proposé en général par le constructeur, il s’agit d’un circuit
𝑅𝐶 en série. 𝑅𝑆 représente la résistance série équivalente traduisant les pertes par effet Joule dans
le super condensateur et 𝐶 la capacité principale du super condensateur. Dans ce modèle on ne
tient compte ni de l’influence de la tension de charge sur la capacité du composant ni du
phénomène de redistribution des charges internes dans le super condensateur [34].
La résistance série est déterminée à partir de la variation de la tension au début de la charge
ou de décharge suite à une application d’un courant de charge/décharge constant :
𝑉𝑅
𝑅𝑆 = (III. 3)
𝐼
Dans ce type de modèle, l’évolution de la tension de décharge de la cellule suite à un courant

constant a une représentation linéaire. Ainsi, le comportement du super condensateur est assimilé
à celui d’un condensateur classique (capacité constante en fonction de la tension) [34].
Le rendement principal à prendre en compte, est le rendement de cyclage d'une cellule Nous
définissons ce rendement de cyclage de la façon suivante [34] :
𝐸
Ґ𝑐𝑦𝑐𝑙𝑎𝑔𝑒 = 𝐸𝑠 (III. 4)
𝑖
Avec :
➢ 𝐸𝑖 : énergie délivrée par la source pour charger les super capacités [𝐽]
➢ 𝐸𝑠 : énergie déstockée par les super condensateurs et utilisable par la charge [𝐽]
Nous rappelons que l’énergie stockée dans le super condensateur est égale à :
1
𝐸Stoké = 2 𝐶𝑉𝑓2 (III. 5)
Avec : 𝑉𝑓 tension finale aux bornes du super condensateur [𝑉]

Pour le calcul du rendement de cyclage, nous avons calculé 𝐸𝑖 et 𝐸𝑠 grâce à un
modèlesimplifié du super condensateur. Il s’agit d’un modèle équivalent de type 𝑅𝐶 classique
(Figure III.4), avec une résistance 𝑅𝑆 modélisant les pertes ohmiques des connections et 𝑅𝑝
permettantde tenir compte des pertes dans le super condensateur [35].
Nous calculons l’énergie fournie par la source pour charger le super condensateur à courant
constant à partir de la Figure (III.4)
𝑇
𝐸𝑖 = ∫0 𝑐 𝑈. 𝐼𝑑𝑡 (III. 6)
Avec :
➢ 𝑇𝑐 temps final de charge [𝑠]
➢ 𝑈tensions de la source [𝑉]
➢ 𝐼courant constant de charge [𝐴]
32
Figure. III. 4. Circuit équivalent de la charge d’un super condensateur.
𝑉 𝑑𝑉𝑐
𝐼 = 𝐼𝑝 + 𝐼𝑐 = 𝑅𝑐 + 𝐶 dt (III. 7)
𝑝
La résolution de l’équation (𝐈𝐈𝐈. 𝟕) permet de déterminer 𝑉𝑐 [35] :
−𝑇𝑐
⁄𝑅 .𝐶
𝑉𝑐 = 𝑅𝑝 . 𝐼. [1 − 𝑒 𝑝 ] (III. 8)
−𝑇𝑐
⁄𝑅 .𝐶 𝑅𝑝 𝐼
𝑉𝑐 (𝑇𝑐 )=𝑉𝑓 =𝑅𝑝 .I [1 − 𝑒 𝑝 ] 𝑑’𝑜ù 𝑇𝑐 =𝑅𝑝 .C. 𝑙𝑛 [𝑅 ] (III. 9)
𝑝 𝐼−𝑉𝑓
Avec:
✓ 𝑉𝑓 Tension finale de charge du super condensateur [V].
✓ 𝑇𝑐 Temps final de charge [𝑠].
D’où,
𝑇 𝑇 𝑇 𝑉
𝐸𝑖 = ∫0 𝑐 𝑈. 𝐼𝑑𝑡 = ∫0 𝑐(𝑅𝑆 .I+𝑉𝑐 )𝐼. 𝑑𝑡 = ∫0 𝑐 (𝑅𝑆 .I+𝑅𝑝 I-𝑅𝑝 .C 𝑑𝑡𝑐 ) 𝐼. 𝑑𝑡 (III. 10)
𝐸𝑖 = (𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).𝐼2 .𝑇𝑐 -𝑅𝑝 .C.I(𝑉𝑐 (𝑇𝑐 )-𝑉𝑐 (0)) (III. 11)
𝐸𝑖 = (𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).𝐼 2 .𝑇𝑐 -𝑅𝑝 .C.I.𝑉𝑓 (III. 12)
Nous calculons maintenant l’énergie récupérée par la charge 𝐸𝑠 à partir de la Figure (III.5)
[35] :
𝑇
𝐸𝑠 = ∫0 𝑑 𝑈. 𝐼𝑑𝑡 (III. 13)
Avec :
✓ 𝑇𝑑 Temps final de décharge [𝑠].
✓ 𝑈Tensions de la charge [𝑉].
33
✓ 𝐼Courant constant de décharge [𝐴].
Figure. III. 5. Circuit équivalent de la décharge d’un super condensateur [35].
𝑉 𝑑𝑉𝑐
𝐼 = 𝐼𝑝 + 𝐼𝑐 = − 𝑅𝑐 − 𝐶 dt (III. 14)
𝑝
La résolution de l’équation (III-14) permet de déterminer 𝑉𝑐 [35] :
(−t⁄𝑅 .𝐶 ) (−t⁄𝑅 .𝐶 )
𝑉𝑐 = 𝑅𝑝 . 𝐼. [𝑒 𝑝 − 1] + 𝑉𝑓 . 𝑒 𝑝 (III. 15)
D’où :
−𝑇 −𝑇
( 𝑑⁄𝑅 .𝐶 ) ( 𝑑⁄𝑅 .𝐶 ) 𝑅𝑝 .I+𝑉𝑓
𝑉𝑐 (𝑇𝑑 )=𝑉𝑓 =𝑅𝑝 .I [𝑒 𝑝 − 1] + 𝑉𝑓 . 𝑒 𝑝 𝑒𝑡𝑇𝑑 =𝑅𝑝 .C 𝑙𝑛 [ ] (III. 16)
𝑅𝑝 .𝐼
D’où,
𝑇 𝑇 𝑇 𝑑𝑉𝑐
𝐸𝑠 = ∫0 𝑑 𝑈. 𝐼𝑑𝑡 = ∫0 𝑑(-𝑅𝑆 .I+𝑉𝑐 )𝐼. 𝑑𝑡 = ∫0 𝑑 (-𝑅𝑆 .I-𝑅𝑝 I-𝑅𝑝 .C ) 𝐼. 𝑑𝑡 (III. 17)
𝑑𝑡
𝐸𝑠 = -(𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).I2.𝑇𝑑 -𝑅𝑝 .C.I. 𝑉𝑐 (0) (III. 18)

𝐸𝑠 = -(𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).I.𝑇𝑑 +𝑅𝑝 .C.I.𝑉𝑓 (III. 19)
Le rendement de cyclage vaut donc :

𝐸 -(𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).𝐼 2 .𝑇𝑑 +𝑅𝑝 .C.I. 𝑉𝑓
Ґ𝑐𝑦𝑐𝑙𝑎𝑔𝑒 = 𝐸𝑠 = (III. 20)
𝑖 (𝑅𝑆 + 𝑅𝑝 ).𝐼2 .𝑇𝑐 -𝑅𝑝 .C.I. 𝑉𝑓
III.3.2. Modèle à deux branches
Un modèle simplifié permet de décrire d’une manière fidèle le comportement électrique d’un
super condensateur. Ce modèle, établi par les Canadiens Bonert et Zubieta [Zubieta et Bonert
34
1998] est composé de deux branches dont la capacité est non linéaire et varie en fonction de la
tension à ses bornes (Figure III.6) [31].
Figure. III. 6. Modèle de super condensateur à deux branches.

La branche dite rapide 𝑅1 𝐶1 intervient dans le régime transitoire et la branche lente
𝑅2 𝐶2 traduit les constantes de temps plus importantes. Dans cette étude qui s'intéresse
uniquement aux phénomènes dynamiques du super condensateur, on peut négliger cette branche
lente car elle représente le phénomène de redistribution des charges au sein de la cellule. 𝑅1 est
la résistance série du super condensateur, 𝐶1 sa capacité et 𝑅𝑝 la résistance de fuite. Pour tenir
compte des phénomènes physiques à l'interface des matériaux du super condensateur, 𝐶1 est
composée d'une capacité constante 𝐶0 et d'une capacité variable en fonction de la tension entre
ses bornes [31]. Nous avons :
𝐶1 =𝐶0 +𝐶𝑣 =𝐶0 +k𝑉1 II. 21)
𝑘 est une constante et 𝑉1est la tension aux bornes de 𝐶 1 . Précisons qu'en régime transitoire, la
résistance de fuite 𝑅𝑝 est négligée.
Le modèle utilisé dans ce projet de fin d’étude est basé sur le modèle à deux branches, nous
avons trouvé qu’un simple circuit équivalent RC ne suffit pas à caractériser le comportement des
super condensateurs compte tenu de phénomènes qui comptent beaucoup dans leur
comportement tels que la non-linéarité de la capacité de la double couche, la redistribution de
charge, etc. Nous avons donc besoin d’un modèle complet, qui prend en compte les différents
phénomènes particuliers des super condensateurs avec simplicité [3].
III.3.3. Paramètres du modèle à deux branches
La procédure d’identification des paramètres du modèle à deux branches d’un super

condensateur repose sur l’analyse de la variation de la tension aux bornes du super condensateur.
Durant la phase de charge, ce sont les paramètres de la branche principale qui sont identifiés.
Lorsque la charge est terminée, la redistribution interne de l’énergie aux bornes du composant
35
permet de déterminer les paramètres de la branche lente. Cette procédure est viable dans
l’hypothèse où les constantes de temps sont éloignées (𝑅2 𝐶2 >>𝑅1 𝐶1 ) et cela, pour éviter que la
branche lente n’influence le cycle de charge. Ces paramètres sont déterminés expérimentalement
à partir de la charge et de la décharge des super condensateurs à courant constant [31].
III.4. Hacheur Buck-Boost
Convertisseur Buck-Boost est un convertisseur indirect DC–DC à stockage inductif. La

source d'entrée est de type tension continue (filtrage capacitif en parallèle avec une source de
tension) et la charge de sortie continue de type source de tension (condensateur en parallèle avec
la charge résistive) C’est un convertisseur qui peut donner à sa sortie une tension supérieur ou
inférieur à celle de l’entrée suivant la valeur du rapport cyclique qui appelle Convertisseur
abaisseur-élévateur Buck-Boost [36].
Figure. III. 7. Convertisseur BUCK-BOOST
III.4.1. Fonctionnement d'un Hacheur Buck-Boost
On distingue deux modes de fonctionnement du convertisseur qui dépendent de la conduction

du courant dans la bobine :
➢ Un mode de conduction continue où le courant ne s’annule jamais.
➢ Un mode de conduction discontinue où le courant s’annule périodiquement.

Dans notre application, nous allons utiliser le 1er mode. Désormais, toutes les relations qui
vont être utilisées données ne sont valables que pour le mode de conduction continu. Les formes
d’onde du hacheur Buck-Boost, pour le mode de conduction continue [37].
La figure (III.8) montre l’allure de la tension à la sortie de hacheur (buck boost). On constate
clairement que la tension a la sortie de hacheur est élevée c.-à-d. le hacheur fonctionnement à
l’état décharge pour alimente la charge et le courant s’annule Un mode de conduction
discontinue.
36
Figure. III. 8. Courbe de Tension de sortie du hacheur
III.4.2. Modélisation d'un Hacheur Buck-Boost
Lors de la première phase du cycle de fonctionnement, de 0 à 𝛼𝑇 (𝛼 est le rapport cyclique du

signal de commande et 𝑇 est sa période), l'interrupteur commandé est fermé, la diode est ouverte
et la bobine stocke l'énergie fournie par le générateur d'entrée. On aura [37] :
𝑑𝑖𝐿
𝑉𝐿 =𝑉𝑒 =L (III. 22)
𝑑𝑡
Avec 𝑖 𝑇 =𝑖𝐿 (III. 23)
Et :𝑖𝑠 =0
(III. 24)
D’où :
𝑉𝑒 𝑉𝑒
𝑖𝐿 = t+𝑖𝐿_𝑚𝑎𝑥 = αT + 𝑖𝐿_𝑚𝑖𝑛 (III. 25)
𝐿 𝐿
Lors de la seconde phase du cycle de fonctionnement, de 𝛼𝑇 à 𝑇, l'interrupteur commandé est

ouvert et la diode devient passante, la bobine restitue alors son énergie à la charge. On aura [37] :
𝑑𝑖𝐿
𝑉𝐿 =-𝑉𝑒 =L (III. 26)
𝑑𝑡
Avec
𝑖𝑇 = 0 (III. 27)
Et 𝑖𝑠 =𝑖𝐿 (III. 28)
D’où:
-𝑉𝑒 𝑉
𝑖𝐿 = 𝐿
(t - 𝛼𝑇)+𝑖𝐿_𝑚𝑎𝑥 ⇒𝑖𝐿_𝑚𝑖𝑛 = 𝐿𝑠 (1 − 𝛼)𝑇 + 𝑖𝐿_𝑚𝑎𝑥 (III. 29)
On note que le sens de la tension et du courant de sortie est inversé.
37
III.4.3. Calcul des grandeurs du Buck-Boost
En mode de conduction continue on peut calculer les grandeurs suivantes [37] :
Tension moyenne de sortie
On sait que la tension moyenne aux bornes de l'inductance est toujours nulle donc on a, en
conduction continue la valeur moyenne de tension de sortie :
𝑉𝑒 𝛼𝑇 = 𝑉𝑠 (1 − 𝛼)𝑇 (III. 30)
𝑒𝛼𝑉
𝑉𝑠 = (1−𝛼) (III. 31)
Suivant la valeur de 𝛼, la tension moyenne de sortie peut être supérieure ou inférieure à la

tension d'entrée, d'où le nom de hacheur survolteur-dévolteur parfois donné à ce montage.
Courant moyen de sortie
On a 𝐼𝑑 = 𝐼𝑠 car le courant moyen dans la capacité est toujours nul. D’où :

𝐼𝑠 = (1-α)𝑖𝐿 (III. 32)
De plus, connaissant la tension moyenne de sortie et la résistance de la charge, on en déduit
facilement 𝐼𝑠 ce qui permet de connaître 𝐼𝐿 [37].
Ondulation du courant dans la bobine
L'ondulation crête à crête du courant dans la bobine :

Δ𝑖𝐿 = 𝑖𝐿_𝑚𝑎𝑥 − 𝑖𝐿_𝑚𝑖𝑛 (III. 33)
En remplaçant (III.25) et (III.29) dans (III.33) On aura:

𝑉 𝑉
Δ𝑖𝐿 = 𝐿𝑒 𝛼𝑇 + 𝑖𝐿_𝑚𝑖𝑛 - 𝐿𝑠 (1 − 𝛼)𝑇𝑖𝐿_𝑚𝑎𝑥 (III. 34)
𝑉𝑠 (1−α) 𝑉
Δ 𝑖𝐿 = = L.f𝑒 (III. 35)
L.f
Cette ondulation permet de dimensionner l’inductance 𝐿 pour assurer le mode de conduction

continue.
Ondulation de la tension de sortie
Un autre condensateur 𝐶𝑠 est nécessaire pour filtrer la tension de sortie. Il obéit aux règles de
dimensionnement classiques en électronique de puissance. La variation de charge ∆𝑄 dans ce
condensateur durant une période de commutation est l’aire du rectangle dans la première phase
de 0 à 𝛼𝑇 .Elle est donnée par [37] :
38
∆𝑄 = 𝛼𝑇.𝐼𝑠 (III. 36)
La relation charge-tension est donnée par :

∆𝑄 = 𝐶𝑠 .∆𝑉𝑠 (III. 37)
En combinant les deux équations (III.36) et (III.37), on aura :

𝛼𝑇 .𝐼𝑠
𝛼𝑇. 𝐼𝑠 = 𝐶𝑠 . ∆𝑉𝑠 ⇒ 𝐶𝑠 = (III. 38)
∆𝑉𝑠
D’autre part on a :
𝑉𝑠
𝐶𝑠 = R (III. 39)
charge
En remplaçant (III.38) dans (III.39) on trouve :

𝛼𝑉
𝐶𝑠 = 𝑓.∆𝑉 .R 𝑠 (III. 40)
𝑠 charge
III. Ondulation de la tension d’entrée:
Dans les applications photovoltaïques, il est obligatoire d’ajouter un condensateur de grande

valeur à l’entrée du convertisseur DC-DC pour protéger le générateur photovoltaïque des
oscillations en haute fréquence, engendrées par la commutation du convertisseur. Le
dimensionnement de ce condensateur peut être effectué comme suit [37] :
Les figures (III.9) et (III.10) montrent les allures de la tension et l’état de charge d’un super
condensateur avec un hacheur Buck-Boost. On constate clairement que la tension de super
condensateur est diminuée donc le hacheur fonctionnement à l’état décharge on (80%).
Figure. III. 9. Courbe de Tension(𝑽𝒔𝒑 ).
39
Figure. III. 10. L’état de décharge

La figure (III.11) montre l’allure de courant d’un super condensateur avec un hacheur Buck-
Boost. On observe que le courant de super condensateur à l’état décharge est très supérieur
amplitude.
Figure. III. 11. Courbe de Courant(𝑰𝒔𝒑 ).

La figure (III.12) montre l’allure de puissance d’un super condensateur avec un hacheur
Buck -Boost. On observe que la puissance de super condensateur abouti sa valeur crête qui parmi
de signifier le bon fonctionnement de super condensateur pour son utilisation lors de l’absence
de la puissance PV dans le cas des faibles éclairements.
40
Figure. III. 12. Courbe de Puissance(𝑷𝒔𝒑 ).
De l’équation (III.37) on a :
∆𝑄 = 𝐶𝑒 .∆𝑉𝑒 (III. 41)
On calcule l’aire de la forme du courant dans l’intervalle [0 𝛼𝑇](Fig. III.13) qui représente la
quantité de charge ∆𝑄 .
𝛼𝑉𝑒
∆𝑄 = R (III. 42)
charge .𝑓
En combinant les équations (III.41) et (III.42) on trouvera :

𝛼Ve
∆𝑄 = ∆𝑉 .R (III. 43)
𝑒 charge .𝑓
III.9. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons étudié un système de stockage d'énergie de type super
condensateur avec un hacheur de type Buck-Boost.
Dans le quatrième chapitre, nous étudions la gestion énergétique d’un système PV connecté
avec un système de stockage à travers un hacheur de type Buck-Boost connecté au réseau isolé
(autonome).
41
Chapitre IV
Gestion d’un Système PV /
Super capacité
Chapitre IV Gestion d’un système PV / Super capacité
IV.1. Introduction
La stratégie de gestion est primordiale pour les Sources d’Energies Renouvelables (SER)
connecté au réseau autonome. Cette gestion décide quelles charges sont connectées et comment
charger et décharger le système de stockage connecté avec la SER de type PV [38].
La stratégie de gestion d'énergie qui sera développée dans le cadre de ce projet de recherche
doit permettre au système PV / Super capacité connecté au réseau autonome de s'adapter aux
variations météorologiques et de la charge. Elle doit garantir la stabilité du système en tout
instant [38].
On commence ce chapitre par une brève présentation d’un onduleur, Puis, on présente sa
modélisation et son principe de fonctionnement. Ensuite, on montre un algorithme de la gestion
de l'énergie proposée. Enfin, nous présentons les résultats de simulation de la gestion d’un
système PV / Super capacité connecté au réseau autonome.
IV.2. Convertisseurs CC / CA
Un convertisseur (DC/AC) est un convertisseur statique qui permet la transformation de

l’énergie de type continue, en une énergie alternative. La forme de la tension de la sortie de
l’onduleur doit être plus proche d’une sinusoïde (l’allure sinusoïdale), c’est que le taux
d’harmonique soit très faible, et ça dépend essentiellement à la technique de commande utilisée
[39].
Les convertisseurs (DC/AC) se distinguent principalement par la nature de l’étage continu et
par le nombre de phases de la source alternative. Si l’étage continu est vu comme étant une
source de courant, les convertisseurs continu-alternatif associés sont des onduleurs de courant. Si
l’étage continu est vu comme étant une source de tension, les convertisseurs continu-alternatif
associés sont des onduleurs de tension [39].
Le plus souvent, on utilise deux ou trois phases. Ces convertisseurs (DC/AC) sont des
convertisseurs directs, ils ne sont composés que d’interrupteurs semi-conducteurs, et la nature de
la source continue impose la nature de la source alternative [39].
Figure. IV. 1. Symbole de convertisseur DC-AC monophasé et triphasé

43
IV.2.1. Les onduleurs photovoltaïques
Un onduleur est un composant électronique qui permet de transformer l’électricité Continue

provenant d’un module photovoltaïque en électricité alternative pouvant être transmise au réseau
électrique. Il est constitué d’un pont qui permet de transformer l’électricité continue en électricité
alternative et d’un transformateur qui permet d’imposer une fréquence prédéfinie (50 𝐻z ou
60 𝐻𝑧) [40].
IV.3. Modélisation de onduleur à trois niveaux de type NPC
IV.3.1. Structure
L’idée de base de l’onduleur NPC est l’obtention d’une tension de sortie à trois niveaux par la
superposition de deux interrupteurs élémentaires alimenté chacun par une source de tension
continue distincte [41].
La figure (IV.2) représente la structure topologique d’un onduleur triphasé à trois niveaux.
Elle est composée de trois bras monophasés. A partir de la source principale de tension continu,
et à l’aide d’un diviseur de tension capacitif formé par les condensateurs de filtrage 𝐶1 e 𝐶2 de
même capacité, on obtient deux sources secondaires de tension continue délivrant chacune une
demi tension (𝐸/2) Cette structure crée alors un point neutre (o) entre les deux condensateurs,
ces derniers sont identiques de manières à éviter le déséquilibre de charge (𝐶1 =𝐶2 c’est-à-
dire𝑈𝐶1 = 𝑈𝐶2). [41].
Figure. IV.2. Structure d’un onduleur triphasé à trois niveaux de type NPC
IV.3.2.Principe de fonctionnement d’un bras de l’onduleur à trois niveaux
Il faut déterminer les valeurs que peut prendre la tension simple Vao entre la borne (a) de la
charge et le point neutre 0. Cette tension est entièrement définie par l’état (0 ou 1) des quatre
interrupteurs 𝐾𝑎1 , 𝐾𝑎2 , 𝐾𝑎3 𝑒𝑡 𝐾𝑎4 du bras.
44
Sur les 2 4 = 16 configurations possibles, seules trois configurations sont mises en oeuvre.
Toutes les autres séquences ne sont pas fonctionnelles et sont donc à éviter. En effet, elles
provoquent soient des courts-circuits des sources de tension continue, soient elles provoquent la
déconnexion de la charge [42].
L’onduleur à trois niveaux étant symétrique, l’étude peut se limiter au fonctionnement d’un
seul bras, (où on distingue trois configurations possibles).
On donne ci-dessous le tableau récapitulatif tableau (IV.1) représente la tension de sortie Vao
d’un onduleur NPC à trois niveaux en fonction de l’état des interrupteurs, la tension aux bornes
des interrupteurs de puissance n’excède jamais la moitié du bus d’entrée [42].
A la différence de l’onduleur à deux niveaux, chaque demi-bras de l’onduleur à trois niveaux
utilisés non pas un interrupteur bidirectionnel mais deux, ce qui permet d’effectuer une
commande décalée [40].
Chaque interrupteur 𝐾𝑖𝑗 supposé idéal introduit une fonction de connexion 𝐹𝑖𝑗 .
Avec [42] :
𝑖 = 𝑎, 𝑏, 𝑐 : Indicateur du bras.
𝑗 = 1, 2, 3, 4 : Numéro de l’interrupteur du bras𝑖.
Cette fonction vaut « 1 » si l’interrupteur est fermé, et « 0 » dans le cas contraire.
1 𝑠𝑖 𝐾𝑖𝑗 𝑒𝑠𝑡 𝑓𝑒𝑟𝑚é
𝐹𝑖𝑗 = {
0 𝑠𝑖 𝐾𝑖𝑗 𝑒𝑠𝑡 𝑜𝑢𝑣𝑒𝑟𝑡
Ainsi les fonctions de connexions des interrupteurs du bras i sont liées par les relations
suivantes :
𝐹𝑖1 = 1 − 𝐹𝑖3 (IV. 1)
𝐹𝑖2 = 1 − 𝐹𝑖4 (IV. 2)
On définit la fonction de connexion du demi-bras qu’on notera 𝐹𝑖𝑍 avec 𝑍 = ℎ pour le demi
bras du haut et 𝑍 = 𝑏 pour le demi bras du bas [41].
Pour un bras𝑖, les fonctions de connexions des demi-bras s’expriment au moyen des fonctions de
connexions des interrupteurs comme suit [41] :
𝐹𝑖ℎ = 𝐹𝑖1 . 𝐹𝑖2 (IV. 3)
𝐹𝑖𝑏 = 𝐹𝑖3 . 𝐹𝑖4 (IV. 4)
𝐹𝑖ℎ : est associé au demi-bras du haut.
𝐹𝑖𝑏 : est associé au demi-bras du bas
Les différentes tensions composées de l’onduleur triphasé à trois niveaux s’expriment à l’aide
des fonctions des demi-bras comme suit [41] :
45
𝑉𝑎𝑏 1 −1 0 𝐹𝑎ℎ 𝐹𝑎𝑏

[ 𝑉𝑏𝑐 ] = [ 0 1 −1] {[𝐹𝑏ℎ ] 𝑼𝑪𝟏 − [𝐹𝑏𝑏 ] 𝑼𝑪𝟐 } (IV. 5)
𝑉𝑐𝑎 −1 0 1 𝐹𝑐ℎ 𝐹𝑐𝑏
Les tensions simples de sortie s'écrivent :
𝑉𝑎 + 𝑉𝑏 + 𝑉𝑐 = 0 (IV. 6)
𝑉𝑎 𝐹 ℎ −𝐹 𝑏
1 2 −1 −1 𝑎ℎ 𝑎𝑏 𝐸
[𝑉𝑏 ] = [−1 2 −1] [𝐹𝑏 −𝐹𝑏 ] (IV. 7)
𝑉𝑐 3 2
−1 −1 2 𝐹𝑐ℎ −𝐹𝑐𝑏
Les états de commutation sont résumés sur le tableau suivant [41] :
Tableau. IV. 1. L’état de commutation de l'onduleur à trois niveaux N.P.C.
Etat des interrupteurs Tension
de sortie
Ka1 Ka2 Ka3 Ka4
V
1 1 0 0 E/2
0 1 1 0 0
0 0 1 1 -E/2
IV.4. Stratégie de commande du convertisseur NPC à trois niveaux
IV.4.1. Contrôle de la tension du bus continu
Les deux condensateurs (𝐶1 = 𝐶 2 = 𝐶) en série sont équivalents à un condensateur (𝐶/2)

traversé par un courant virtuel 𝑖𝑐 , côté redresseur, la tension aux bornes du condensateur
équivalent est obtenue par l’intégration de ce courant [43].
2
𝑈𝑠1 (𝑡) = 𝐶 ∫ 𝑖𝑐 𝑑𝑡 + 𝑈𝑠1 (𝑡0 ) (IV. 8)
Le réglage du bus continu est alors composé d’une boucle de régulation, permettant de
maintenir une tension constante du bus continu, avec un correcteur Proportionnel Intégral et
générant la référence du courant à injecter dans le condensateur (𝑖𝑐_𝑟𝑒𝑓 ) [43].
Le schéma de régulateur PI pour régler de tension 𝑉𝑑𝑐 est représenté sur la figure suivante :
Figure. IV.3. Réglage de Vdc.
46
IV.4.2. La dimension de régulateur PI
Fonction de transfert en boucle fermé est :

𝑉𝑑𝑐 𝐹 (𝑠)
𝐹𝐵𝐹 (𝑠) = ∗ = 1−𝐹𝐵𝑂 (IV. 9)
𝑉𝑑𝑐 𝐵𝑂 (𝑠)
𝐾𝑝 .𝑠+𝐾𝑖 𝐾𝑝 𝐾
𝑉𝑑𝑐 .𝑠+ 𝑖
𝐶.𝑠2 𝐶 𝐶
∗ = 𝐾𝑝 .𝑠+𝐾𝑖 = 𝐾𝑝 𝐾 (IV. 10)
𝑉𝑑𝑐 1− 𝑠 + .𝑠+ 𝑖
2
𝐶.𝑠2 𝐶 𝐶
L’équation caractéristique de deuxième ordre écrire comme suivant :

𝐾𝑝 2
𝑉𝑑𝑐 .𝑠+𝜔𝑛
𝐶
∗ = 𝑠2 +2𝜉𝜔 2 (IV. 11)
𝑉𝑑𝑐 𝑛 .𝑠+𝜔𝑛
Avec :
𝐾𝑖
𝜔𝑛2 = (IV. 12)
𝐶
𝐾𝑝
2𝜉𝜔𝑛 = (IV. 13)
𝐶
IV.4.3. Contrôle de tension
L’onduleur est modélisé comme un onduleur de source de tension commandé en tension.

L’objectif de contrôle d’un onduleur est de réguler la magnitude de la tension côté charge [44].
La transformation de Park permet de ramener ce système triphasé équilibré à un système
diphasé (𝑑𝑞) dont les axes sont en quadrature. Cette transformation appliquée aux tensions du la
charge:
2𝜋 4𝜋
cos(𝜃) cos(𝜃 − 3 ) cos(𝜃 − 3 )
𝑉𝑑 𝑉𝑎
2 2𝜋 4𝜋
[ 𝑉𝑞 ] = √3 sin(𝜃) −sin(𝜃 − 3 ) −sin(𝜃 − 3 ) [𝑉𝑏 ] (IV. 14)
𝑉𝑜 1 1 1 𝑉𝑐
[ √2 √2 √2 ]
La transformation de Park d’alimentation triphasé :
2𝜋 4𝜋
𝑉𝑑_𝑟𝑒𝑓 cos(𝜃) cos(𝜃 − 3 ) cos(𝜃 − 3 ) 𝑉
𝑎_𝑟𝑒𝑓
2 2𝜋 4𝜋
𝑉
[ 𝑞_𝑟𝑒𝑓 ] = √3 sin (𝜃) −sin (𝜃 − ) −sin(𝜃 − ) 𝑉
[ 𝑏_𝑟𝑒𝑓 ] (IV. 15)
3 3
𝑉𝑜_𝑟𝑒𝑓 1 1 1 𝑉𝑐_𝑟𝑒𝑓
[ √2 √2 √2 ]
Tout en comparant le signal de référence de tension modifié avec les composantes de tension
𝑑𝑞réelles 𝑉𝑑 𝑉𝑞 du côté d'entrée. Le signal de tension modifié est un nouveau signal de tension
après soustraction de tension d'entrée du signal de référence de tension [44].
𝐾
𝑉𝑑 = [𝐾𝑝 + 𝑆𝑖 ] (𝑉𝑑_𝑟𝑒𝑓 − 𝑉𝑑 )
{ 𝐾
(IV. 16)
𝑉𝑞 = [𝐾𝑝 + 𝑆𝑖 ] (𝑉𝑞_𝑟𝑒𝑓 − 𝑉𝑞 )
Les tensions 𝑉𝑎 𝑉𝑏 𝑉𝑐 au sorite de régulateur PI on applique La transformation de Park

inverse :
47
1
cos(𝜃) −sin(𝜃)
𝑉𝑎 √2 𝑉𝑑
2 2𝜋 2𝜋 1
[𝑉𝑏 ] = √3 cos(𝜃 − 3 ) −sin(𝜃 − 3 ) √2
[ 𝑉𝑞 ] (IV. 17)
𝑉𝑐 4𝜋 4𝜋 1 𝑉𝑜
[cos(𝜃 − 3 ) −sin(𝜃 − 3 ) √2]
Figure. IV. 4. Structure générale du contrôle du convertisseur [44].
IV.5. Système de gestion d’énergie
Le système de gestion d’énergie est un système qui permet de sécuriser l’utilisation d’un
module de stockage d’énergie en assurant la surveillance et/ou le contrôle des éléments
individuels qui le constituent. Ce système possède différentes appellations. L’appellation la plus
répandue sur le marché concerne les batteries, on parle alors de BMS (Battery Management
System). Dans ce qui suit, nous nous proposons d’utiliser pour le système de gestion d’énergie
des super condensateurs l’abréviation SCM pour (Super Capacitor Manager) [30].
IV.5.1. Stratégies de gestion d'un système PV
La stratégie de fonctionnement est un algorithme qui permet au système de supervision d'un

SER de décider combien et quels générateurs il faut mettre en marche, quelles charges sont
connectées et comment utiliser le stockage, si disponible II existe différentes stratégies de
gestion pour les systèmes PV / Super capacité connecté au réseau autonome d'énergie [38]. Le
fonctionnement d'un système hybride d'énergie dépend des paramètres suivant [38]:
✓ Le profil de charge : les variations diurnes, les variations saisonnières.
✓ Les caractéristiques des ressources renouvelables : les valeurs moyennes, la fréquence
des événements, les valeurs extrêmes, les variations diurnes et saisonnières.
✓ La configuration du système : le nombre et les types de composants (les sources d'énergie
renouvelable, les sources classiques, les charges contrôlables, les types de stockage, les
convertisseurs de puissance).
48
✓ Les normes de qualité de l'énergie : les exigences en ce qui concerne les variations de la
fréquence et de la tension.
IV.5.2. Gestion du stockage
Il existe deux types de stratégies de stockage à savoir [38]:

La stratégie de stockage à court terme, qui permet de filtrer les fluctuations des énergies
renouvelables et/ou de la charge.
La stratégie de stockage à long terme, qui est utilisée pour alimenter la charge sur une période de
temps plus longue [38].
Les super condensateurs sont utilisés dans des applications nécessitant beaucoup de stockage
compact cycles plutôt que long terme charge rapide / décharge d’énergie : dans les voitures, les
autobus, les trains, les grues et les ascenseurs, où ils sont utilisés pour le freinage par
récupération, le stockage d'énergie à court terme ou en mode rafale livraison de puissance. Des
unités plus petites sont utilisées comme sauvegarde de la mémoire à la mémoire statique à accès
aléatoire (SRAM) [45].
IV.6. Algorithme de gestion
L'algorithme de gestion qui est présenté sur la figure (IV.5) a pour rôle de contrôler les
échanges d'énergie entre les différents composants d'une part mais aussi de réguler le processus
de charge/décharge du stockage (stop charge et décharge), pour préserver les propriétés physico-
chimiques des super-capacités et de prolonger leur durée de vie. L’algorithme de gestion quand
peux appeler aussi algorithme de supervision est basé sur deux scénarios [16] :
✓ Alimentation du consommateur et du stockage par les panneaux photovoltaïques si
l’énergie photovoltaïque est suffisante [16].
✓ Alimentation du consommateur uniquement par le stockage si énergie photovoltaïque est
absente [16].
La gestion d’énergie entre les différents composants de notre système est assurée par une
technique de gestion à base de règles déterministes. Elle est conçue en tenant compte de tous les
scénarios de fonctionnement de ce système étudié. L’organigramme de la figure (IV.5) donne le
principe de fonctionnement de la stratégie de gestion de l’énergie de notre système [46].
On a initialisé d’abord les paramètres des différents sous-systèmes et les données climatiques
(température, éclairement). Ensuite, on a estimé la puissance totale 𝑃𝑝 produite par la source
principale (PV) et la demande de la charge 𝑃𝑐 évaluée à chaque instant et la puissance de super
capacité 𝑃𝑠 et surtout l’état de charge de la batterie SOC.
49
𝑃𝑠 = 𝑃𝑝 − 𝑃𝑐 (IV. 18)
Dans la seconde étape, l’algorithme vérifie si la puissance utilisée et supérieur à celle
produite. S’il y’a un surplus de consommation il faut faire la décision d’injecter ce surplus dans
la super capacité ou la charge, est-ce seulement en vérifiant l’état de charge de la super capacité.
Dans le cas où il y’a un manque d’énergie la décision est prise d’utiliser le contenue de super
capacité, ceci en vérifiant l’état de charge de super capacité.
❖ 𝑃𝑠 = 0 Lorsque la puissance de PV égale la puissance de charge ici tout l'énergie de
PV Consommer avec la charge donc la super capacité dans l'état stable (no charge et
décharge)
❖𝑃𝑠 < 0 Lorsque le super capacité fournit de l’énergie (mode décharge). Dans les périodes
où les PV ne peuvent pas générer une puissance nécessaire dans la charge, le super
capacité se décharge pour maintenir la tension dans tous les nœuds dans l’intervalle
autorisé. (Prend en compte 𝑆𝑂𝐶 < 20% arrêt automatique de déchargement de super
capacité).
❖ 𝑃𝑠 > 0 Lorsque l'accumulateur reçoit de l'énergie (mode charge). Dans la période où
les panneaux photovoltaïques produisent de l'énergie supérieure à la capacité de
consommation, ils sont répartis entre consommation et recharger le super capacité.
(Prend en compte𝑆𝑂𝐶 > 80% arrêt automatique de chargement de super capacité).
50
Figure. IV. 5. L’organigramme de gestion d’énergie
IV.7. Bloc de réglage de 𝑽𝒅𝒄 et gestion sous Matlab/Simulink
En suivant l’organigramme précédent, nous avons réalisé un bloc de gestion et réglage de

Vdc en Simulink à partir de celui-ci en utilisant des portes logiques
Figure. IV. 6. Simulation de réglage de 𝑽𝒅𝒄 et de gestion
51
IV.8. Présentation de système globale
Pour construire un système photovoltaïque isolé intégré et homogène, on va raccorder sous-

systèmes à savoir le GPV pour un éclairement solaire 𝐺 = 1000 [𝑊/𝑚^2] et une température
𝑇 = 293 [𝐾] avec un hacheur (Boost) et l’onduleur converti continu de alternatif commandé par
la technique de commande de système tension et la fréquence et le système de stockage avec le
super capacité ainsi qu’ un hacheur buck-boost et avec un système de gestion énergique et
étudiez les positions de charge et de décharge ,cette chaine va intégrer dans un charge électrique
variable .le schéma général est représenté sur la figure (IV.7).
Figure. IV. 7. Schéma de simulation de la chaine complète.
IV.9. Résultats de simulation
• Charge variable
Dans cette partie, nous présentons les résultats de simulation d’un l’état de charge et décharge
la super capacité contrôlée par l’organigramme pour une charge variable évalué à l'aide du
logiciel MATLAB / SimPowerSystem pour un éclairement solaire 𝐺 = 1000 [𝑊/𝑚^2] et une
température 𝑇 = 293 [𝐾].Les paramètres de système proposés sont répertoriés dans l’annexe A
et l’annexe B.
Les figures (IV.8) (IV.9) présentent respectivement les allures des puissances et l’état de
charge de système de stockage.
Entre 𝑡 = [0 2] 𝑠 : La puissance demandée par la charge est inférieure à la puissance générée
par le système PV. Dance ce cas, le système de stockage consomme la différence de puissance
(mode de charge).
52
Entre 𝑡 = [2 3] 𝑠 : La puissance demandée par la charge est supérieure à la puissance générée

par le système PV. Dance ce cas, le système de stockage fournit la puissance à la charge (mode
de décharge) pour le but d’assurer la stabilité énergétique.
Figure. IV. 8. Courbe de Puissance
Figure. IV. 9. L’état de charge et décharge la super capacité
Les figures (IV.10) et (IV.11) montrent les formes d’ondes de courant de charge et de système
PV respectivement. On remarque que les formes d’ondes ont des formes sinusoïdales et de
fréquence constante de valeur de 50 𝐻𝑧.
53
Figure. IV.10. Courant de charge
Figure. IV.11.Courbe d’un système PV.
La figure (IV.12) montre l’allure de la tension au sorite de l’onduleur à trois niveaux

triphasés. On remarque que la tension est stable pour une charge variable par valeur maximale de
tension 311𝑉.
Figure. IV.12. Courbe de Tension
54
La figure (IV.13) montre l’allure du courant de RMS de PV et de charge. On remarque que le

courant généré par le système PV reste constant tant qu’il fonction avec des données
météorologiques nominales. Mais le RMS de la charge variée avec la variation de charge.
Figure. IV.13. Le courant RMS de charge et PV
La figure (IV.14) montre le THD du courant généré par le système PV. Après l’analyse
fréquentiel sur le courant du PV. On constate que le THD à une valeur de 3% < 5.5% qui
implique la bonne qualité d’énergie produite par le système PV.
Figure. IV.14. THD de courant 𝑰𝑷𝑽
La figure (IV.15) montre l’allure de la tension du bus continu 𝑉𝑑𝑐 . On constate que cette
tension suit sa référence avec succès et elle reste constante avec la variation de charge.
55
Figure. IV.15. Tension 𝑽𝒅𝒄 de Bus Continu.
• Charge fixe et pour un éclairement solaire 𝑮 = 𝟖𝟎𝟎 [𝑾/𝒎^𝟐]

La figure (IV.16) montre les allures de la puissance de charge et de PV. On constate que la
puissance de PV est supérieure a celle demandé par la charge.

La figure (IV.17) montre l’allure du courant de charge fixe. On constate que le courant
constant pour un charge fixe 10𝑘𝑤.
Figure. IV. 17. Courbe de Courant de charge
56
La figure (IV.18) montre l’allure de l'état charge de super capacité. Tant que la puissance de
PV est supérieure à celle de la charge. Dans ce cas le système de stockage consomme de
l’énergie à partir de PV et le convertisseur fonction comme abaisseur de tension.
Figure. IV. 18. L’état de charge la super capacité

Charge fixe et pour un éclairement solaire 𝑮 = 𝟓𝟎𝟎 [𝑾/𝒎^𝟐]
La figure (IV.19) montre les allures de la puissance de charge et de PV. On constate que la
puissance de charge est supérieure à celle de PV.

La figure (IV.20) montre l’allure du courant de charge fixe. On constate que le courant
constant pour un charge fixe 10𝑘𝑤.
57
Figure. IV. 20. Courant de charge

La figure (IV.21) montre l’allure de l'état charge de super capacité. Tant que la puissance de
de charge est supérieure à celle de PV. Dans ce cas le système de stockage fourni de l’énergie à
la charge et le convertisseur fonction comme élévateur de tension.
Figure. IV. 21. L’état de décharge la super capacité
IV.10. Conclusion
On a étudié dans ce chapitre la gestion énergétique d’un système PV / Super capacité

connecté au réseau isolé. Les résultats de simulation de cette étude ont montré la bonne qualité
de l’énergie PV produite et le bon fonctionnement d’un système de stockage suivant la variation
de charge.
58
Conclusion Générale
Conclusion générale
Conclusion générale
Le travail présenté dans ce mémoire est d’étudié la gestion d’un système PV connecté dans un
site isolé avec un système de stockage de type de super capacité.
Dans le premier chapitre, nous avons exposé comment l’énergie renouvelable a aidé le monde
et les pays en développement pour réduire la pollution, les différents systèmes de stockage et la
gestion énergétique.
Nous avons abordé brièvement dans le deuxième chapitre le système photovoltaïque et ses
applications. On a vu ensuite les composants d’un générateur photovoltaïque tout en mettant en
évidence leurs avantages et inconvénients. Ainsi que, nous avons présenté une modélisation
d’une cellule solaire, puis nous avons effectué une étude sur l’étage d’adaptation. Elles ont été
donc établies en vue d’un hacheur boost en intégrant l’algorithme de MPPT, d'où on distingue
l'intérêt de ce dispositif.
Dans le troisième chapitre, nous avons exposé notre attention a été focalisée plus
particulièrement au système de stockage par les super condensateurs, notamment que ce type de
technologie est largement utilisée comme un système de stockage dans plusieurs domaines. Ainsi
que le super capacité et la modélisation avec Modèle classique RC et Modèle à deux branches et
comparaison entre efficace entre les deux, aussi la Fonctionnement et modélisation hacheur
Buck-Boost pour utiliser pour charger et décharger l'énergie.
Le quatrième et le dernier chapitre a été réservé à l’intégration d’un système isole PV /super
capacité raccordé au charge variable et nous avons présenté un algorithme de gestion qui a pour
rôle de gérer l’énergie produite par le générateur photovoltaïque. Le comportement du notre
système a été analysé par des simulations MATLAB/SIMULINK.
Nous pouvons conclure que les résultats de simulation concordent avec la gestion proposée.
En perspective, nous souhaitons étudier d’autres méthodes MPPT tel que la méthode logique
floue avec d’autres modèles mathématiques du panneau photovoltaïque. Application d’autres
techniques de commandes basées sur l’intelligence artificielle (les réseaux de neurones, neuro-
flou et les algorithmes génétiques) et l’utilisation d’autres types de technologie de stockage.
60
Annexes
Annexes
ANNEXE A :
Paramètres de panneau photovoltaïque sont :

Résistance en série : Rs = 0.221
Résistance en parallèle : Rp = 415.405

Nombre des panneaux en parallèles : Npp = 8
Nombre des panneaux en séries : Nss = 12
Le photo-courant généré : Ipv = 61 A
Courant maximal : ; Imp = 61. 7A
Tension maximale :Vmp = 311V
L’ensoleillement nominal : G = 1000 [W/m2 ]
La température de la jonction dans les conditions nominales : T = 293 [K]
ANNEXE B :
1) Paramètre d’un hacheur boost :
Capacité :Ch = 10 − 3 F
Inductance :Lh = 11.10 − 6 H
2) Paramètre d’un hacheur buck-boost :
Inductance : L = 50.10 − 4 H
Caractéristiques de la batterie super condensateur choisie sous Matlab/Simulink :
Capacité de batterie=50 F
Résistance de Batterie : R=0.0021 Ω
Tension de batterie : Vbat=120 V
Nombre des capacités en sérié : Ns=6
Nombre des capacités en parallèles :Np=10
Voltage initial=50 V
61
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Yamoussoukro, Côte d’Ivoire,2018
65
Résumé
Ce travail traite une étude sur la gestion énergétique d’un système PV/super capacité connecté
au réseau isolé à travers un onduleur à trois niveaux à structure NPC pour le but d’améliorer la
qualité d’énergie PV. Afin d’extraire le maximum d’énergie PV, un algorithme de MPPT de type
P&O est appliqué pour extraire la puissance optimale pour des données météorologiques
variables. La gestion énergétique est utilisée pour ce système pour assurer la stabilité énergétique
entre le système PV connecté à super capacité et la charge demandée. Ce système a été étudié à
l’aide de logiciel MATLAB /SimPower System. Les résultats de simulation montrent l’efficacité
de la gestion énergétique proposée et la bonne qualité d’énergie produite par le système PV.
Mots clés : Gestion énergétique ; PV ; Super capacité ; Réseau isolé ; Onduleur à trois niveaux ;
MPPT.
‫ملخص‬
‫ السعة الفائقة المتصل بالشبكة المعزولة من خالل عاكس‬/ ‫في هذا العمل نعالج دراسة حول إدارة الطاقة لنظام الكهروضوئية‬
‫ ثالثي المستويات بهيكل‬NPC ‫ من أجل استخراج الحد األقصى من الطاقة‬.‫بغرض تحسين جودة الطاقة الكهروضوئية‬
‫ يتم تطبيق خوارزمية‬،‫ الكهروضوئية‬MPPT ‫ من نوع‬P&O ‫ تستخدم إدارة‬.‫الستخراج الطاقة المثلى لبيانات الطقس المتغيرة‬
‫ تمت دراسة هذا‬.‫الطاقة لهذا النظام لضمان استقرار الطاقة بين النظام الكهروضوئي المتصل بسعة فائقة والحمل المطلوب‬
‫ النظام باستخدام برنامج‬MATLAB / SimPower System. ‫تظهر نتائج المحاكاة كفاءة إدارة الطاقة المقترحة والجودة‬
‫الجيدة للطاقة التي ينتجها النظام الكهروضوئي‬.
‫الكلمات المفتاحية‬
‫إدارة الطاقة؛ الطاقة الكهروضوئية؛ السعة الفائقة؛ شبكة معزولة؛ العاكس ثالثة مستويات؛ تتبع نقطة االستطاعة العظمى‬
Abstract.
This work deals with a study on the energy management of a PV / supercapacitor system
connected to the isolated grid through a three-level inverter with NPC structure for the purpose
of improving the quality of PV energy. In order to extract maximum PV energy, a P&O type
MPPT algorithm is applied to extract the optimum power for varying weather data. Energy
management is used for this system to ensure energy stability between the connected PV system
at supercapacitor and the requested load. This system has been studied using MATLAB /
SimPower System software. The simulation results show the efficiency of the proposed energy
management and the good quality of energy produced by the PV system.
Keywords: Energy management; PV; Supercapacitor; Isolated grid; three-level inverter; MPPT.

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RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ IBN KHALDOUN DE TIARET

Pour l’obtention du diplôme de Master

À l'issue de cette fin d'étude, nous adressons nos sincères remerciements

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

Liste des abréviations

Les énergies renouvelables désignent un ensemble de moyens de produire de l’énergie à partir

I.2. Energie photovoltaïque

I.2.1. Historique de l’énergie photovoltaïque

Quelques dates importantes dans l’énergie photovoltaïque [8] :

I.3. Energie photovoltaïque dans le monde

Les énergies renouvelables, et l’énergie solaire en particulier, constituent un des piliers de la

I.4. Production d'énergie en Algérie

Au vu d’un gisement solaire exceptionnel qui enferme l’Algérie. Le développement des

Figure. I. 2. Energie produite nette annuelle [13].

I.5.Les différents types de système photovoltaïques

I.5.1. Systèmes isolés et autonomes

Figure. I. 3. Exemple de la structure d’un système PV autonome.

I.5.2. Le connecté au réseau

Figure. I. 4. Exemple de la structure d’un système PV connecté au réseau

I.6. Avantage et inconvénients de l’énergie photovoltaïques

L'énergie photovoltaïque a plusieurs avantages, néanmoins elle présente aussi quelques

I.6.1. Avantage de l'énergie photovoltaïque

I.6.2. Inconvénients de l'énergie photovoltaïque

➢ Le coût d’investissement des panneaux photovoltaïques qui reviennent cher.

➢ Les rendements des panneaux photovoltaïques sont encore faibles.

I.7. Système de stockage d'électricité

I.7.1. Stockage direct

I.7.2. Stockage indirect

I.8.Système de contrôle et de surveillance

Nous avons vu dans ce chapitre que l'ampleur de l'importance de l'énergie photovoltaïque

L’énergie Photovoltaïque (PV) provient de la transformation directe d’une partie du

II.2. Effet photovoltaïque

II.3. Cellule photovoltaïque

II.4. Modélisation d'une cellule photovoltaïque

Figure. II. 1. Schéma d’une cellule photovoltaïque.

𝐼0 : Courant de saturation de diode, dépendant de la température.

II.5. Générateur photovoltaïque (GPV)

Un module photovoltaïque est constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques

II.5.1. Caractéristique courant-tension

La caractéristique courant-tension illustrée dans la figure (II.2) décrit le comportement du

➢ La puissance maximale 𝑃𝑚𝑎𝑥 en point M.

Figure. II. 2. Caractéristique courant-tension d’un générateur photovoltaïque.

II.5.2. Influence de l’ensoleillement

Figure. II. 3. Caractéristique (I-V) d’un panneau à divers ensoleillements à (𝑻 = 𝟐𝟓°𝑪).

➢ Les points de puissance maximale se situent à peu près à la même tension ;

➢ Influence de la température sur les courbes (I-V) et (P-V).

Figure. II. 7. Courbe de Courant(𝑰𝑷𝑽 ).

Figure. II. 8.Courbe de Tension(𝑽𝑷𝑽 ).

Figure. II. 9. Courbe de Puissance(𝑷𝑷𝑽 ).

Figure. II. 10. Schéma électrique d'un hacheur boost.

Quand l’interrupteur𝐾est fermé pendant la durée𝛼𝑇le courant dans l’inductance croît

II.6.2. Modèle mathématique équivalent

Figure. II. 11. Schéma électrique d'un hacheur boost fermé

Figure. II. 12 . Schéma électrique d’un hacheur boost ouvert.

II.7. Poursuite du point de puissance maximum