Etude et Réalisation d'un système photovoltaïque à base d'une carte Arduino uno

68 Pages·2012·6.23 MB·French

UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculté des Nouvelles Technologies de l’information et de la Communication
Département de l’électronique et de télécommunication

Mémoire
MASTER PROFESSIONNELLE
Domaine : Sciences et Technologies
Filière : Génie Eléctrique
Spécialité : Instrumentation
Présenté par :
LATRECHE Soufiane BOUZID Kheir eddine
Thème:

Etude et Réalisation d'un système

photovoltaïque à base d’une carte

Arduino uno

Soutenu publiquement
Le : / /
Devant le jury :
Mr MOAD Mohamed Sayeh MAA Président UKM Ouargla
Mr MEHAOUCHI Azeddine MAA Encadreur UKM Ouargla
Mr ABEDESSEMED Djallal MAA Co-encadreur UKM Ouargla
Mr CHENINA Hachemi MAB Examinateur UKM Ouargla
Mr LOUAZENE Hassiba MAB Examinateur UKM Ouargla

Année universitaire 2015/2016
Avant tout nous tenons nos remerciements à notre dieu tout puissant
de nous avoir donné la force et le courage.
A la suite Nous tenons à remercier vivement Mr. Mehaouchi Azeddine
et Mr. Abdessemad djallal nos promoteurs qui ont fourni des efforts
énormes, par ses informations leurs conseils et leurs encouragements.
Nous voudrons aussi exprimer nos remerciements aux membres de jury
d’avoir fait l’honneur d’accepter le jury de ce travail.
Que tous les enseignants de département d’Electronique et des
Télécommunications.
Nos plus chaleureux remerciements pour tous ceux qui de prés et de loin
ont contribué à la réalisation de cette mémoire.
Résumé
صخلملا
بارطضلاا " ةيمقرلا ةيللاا قفو يئوضورهكلا ماظنلل يئابرهكلا لاغتشلاا ةاكاحم و ميمصتلا ليلحتب انمق , لمعلا اذه يف
.يئوضورهكلا قيرط نع ةغرفملا ةيمظعلاا ةعاطتسلاا ةعباتم نامضل " ةظحلاملاو
,ةبرجتلا طورشلا يف جتنملا BLD200 فنصلا وذ يئوضورهكلا دلوملا وا يئابرهكلا ماظنلا ذخأب انمق ليلحتلا اذه يف
.طلوف 73.33 دهجب ريبموا 9.05 هتميق رايتو طاو 022 ىوصقلا ةعاطتسا
يذلا عقاولا يف ةبرجتلـل ءارجإ للاخ نموArduino جمانرب لامعتساب Proteus ماظن ةطساوب تمت اهيلع لصحتملا ةاكاحملا جئاتن
.يئوضورهكلا ماظنلل يكيمانيدلا ريسلا يف ةبقارملا يلع لد

. ةاكاحملا ، ميمصتلا ،MPPT مكحتلا ةيلآ , عفارلا لوحملا ,يئوضورهكلا ماظن : ةيحاتفملا تاملكلا
Résumé
Dans ce travail, on a analysé la modélisation et la simulation du fonctionnement
électrique d’un système photovoltaïque (PV) adapté par une commande numérique «
perturbation et observation » assurant la poursuite de la puissance maximale fournie par le
générateur PV. Dans notre analyse, on a conçu un système PV où le générateur PV est le
module BLD200 produisant, dans les conditions standards de test (CST), une puissance crête
de 200W, un courant optimal de 5.29 A et une tension optimale de 37.77V. Les résultats de
simulation obtenus sous Proteus avec l’utilisation du programme d’Arduino et après faire
l’expérimentale en réel qui montrent la performance du contrôle dans le comportement
dynamique des systèmes photovoltaïques.
Mots clés: Système PV – Convertisseur survolteur - Commande MPPT –Modélisation –
Simulation.
Abstract
In this work, we analyze the modelisation and the simulation of the electric operation
of a photovoltaic (PV) system adapted by a numerical control « perturbation and observation
» ensuring the tracking of the maximum power provided by the PV generator. In our analysis,
we conceived a PV system where the PV generator is the panel BLD200; this panel gives
under the test standard conditions (CST), a power peak of 200W, an optimal current of 5.29A
and an optimal voltage of 37.77V. The simulation results under Proteus with using Arduino
program and after doing the test in reel show the control performance and dynamic behavior
of photovoltaic System.
Keywords:
PV system, Boost converter, MPPT command, Modelisation, Simulation.
Liste des symboles
Liste des symboles

: Courant délivré par la cellule PV.

: Photo-courant.

: Courant de la diode.

: Tension délivré par la cellule PV.

: Tension thermique.

: Tension de la diode.

T : Température absolue en ˚K.
: Température de circuit.

: Courant de saturation de diode.

: Courant shunt.

: Résistance série (Ω).

: Résistances parallèle shunt (Ω).

: Résistance shunt (Ω).

: Nombre de modules dans le panneau en parallèle.

: Nombre de modules dans le panneau en série.

q : Charge de l’électron.
K : Constant de Boltzmann (1.38.10-23 J / K).
A : Facteur d’idéalité de la jonction (1<A<2).
: Tension de circuit ouvert.
Liste des symboles
: Courant de circuit ouvert.

: Courant de court-circuit.

: Tension court-circuit.

: Facteur de forme.
: Puissance maximale.

η : Rendement.
: Constante de proportionnalité.

: Courant optimal.

: Tension optimal.

P : Puissance.
V : Tension.
I : Courant.
G : L’incrémentale conductance.
Abréviation utilisée
Abréviation utilisée
PV : Photovoltaïque.
GPV : Générateur photovoltaïque.
MPPT: Maximum Power Point Tracking.
P&O : Perturbation et Observation.
DC : Courant Continu.
AC : Courant Alternatif.
Sommaire

Sommaire
Introduction générale ……………………………………………………… ...1

Chapitre 1 : Générateur Photovoltaïque
1.1. Introduction ………………………………………………………………………………3
1.2. Générateur photovoltaïque………………………………………………………………..3
1.2.1. Cellule photovoltaïque………………………………………………………………..4
1.2.2. Module photovoltaïque.................................................................................................4
1.2.3. Champ photovoltaïque………………………………………………………………..5
1.3. Modélisation du module photovoltaïque…………………………………………………5
1.3.1. Modèle électrique idéal………………………………………………………………5
1.3.2. Modèle électrique réel……………………………………………………………….6
1.4. Paramètres électriques du module photovoltaïque……………………………………….7
1.4.1. Tension de circuit ouvert……………………………………………………………..7
1.4.2. Courant de court-circuit……………………………………………………………...7
1.4.3. Puissance maximale…………………………………………………………………..8
1.4.4. Facteur de forme……………………………………………………………………..8
1.4.5. Rendement…………………………………………………………………………...8
1.5. Simulation du module PV BP SX 150…………………………………………………..8
1.5.1 Influence de la température…………………………………………………………..9
1.5.2 Influence de l’éclairement…………………………………………………………..11
1.5.3. Association des modules photovoltaïques en série………………………………...12
1.5.4. Association des modules photovoltaïques en parallèle…………………………….12
1.6. Conclusion……………………………………………………………………………..13

Chapitre 2 : Poursuite du point de puissance maximale
2.1. Introduction……………………………………………………………………………14
2.2. Convertisseurs DC-DC ………………………………………………………………..14
2.2.1. Convertisseur survolteur…………………………………………………………..15
2.2.2. Convertisseur dévolteur…………………………………………………………...17
2.2.3. Convertisseur dévolteur-survolteur………………………………………………..18
2.3. Poursuite du point de puissance maximale……………………………………………..20
Sommaire

2.3.1. Méthode de la tension constante…………………………………………………...20
2.3.2. Méthode du courant constant………………………………………………………21
2.3.3. Méthode d’incrémentation de l’inductance………………………………………..21
2.3.4. Méthode de perturbation et observation…………………………………………...23
2.4. Conclusion……………………………………………………………………………...24

Chapitre 3 : Réalisation d’un système PV à base d’une carte Arduino uno
3.1. Introduction…………………………………………………………………………….25
3.2. Carte ARDUINO……………………………………………………………………....25
3.2.1. Présentation de la carte ARDUINO……………………………………………….26
3.2.2. Histoire de la carte Arduino………………………………………………………..26
3.2.3. Description de la carte ARDUINO UNO………………………………………....27
3.2.4. Langage de programmation………………………………………………………..28
3.3. Système photovoltaïque proposé……………………………………………………....28
3.3.1. Module photovoltaïque……………………………………………………………29
3.3.2. Convertisseur survolteur…………………………………………………………...29
3.3.3. Calcul et choix des composants du convertisseur…………………………………30
3.3.4. Capteur de tension…………………………………………………………………32
3.3.5. Capteur de courant…………………………………………………………….......33
3.3.6. Afficheur LCD…………………………………………………………………….35
3.4. Conclusion……………………………………………………………………………..40
Conclusion générale………………………………………………………...41
Bibliographies……………………………………………………………….43
Annexes
Liste des figures
Liste des figures

Figure (1.1) : Schéma d’une cellule photovoltaïque …………………………………………..4
Figure (1.2) : Module photovoltaïque …………………………………………………………5
Figure (1.3) : Champ photovoltaïque ………….........................................................................5
Figure (1.4) : Circuit électrique idéal de la cellule PV………………………………………..6
Figure (1.5) : Circuit électrique réel de la cellule PV………………….....................................6
Figure (1.6) : Résultats de simulation de la caractéristique Courant-Tension du module PV
bp_sx150s en fonction de température ………………………………………………………10
Figure (1.7) : Résultats de simulation de la caractéristique Puissance -Tension du module PV
bp_sx150s en fonction de température ………………………………………………………10
Figure (1.8) : Résultats de simulation de la caractéristique Courant-Tension du module PV
bp_sx150s en fonction de l’éclairement……………………………………………………...11
Figure (1.9) : Résultats de simulation de la caractéristique Puissance-Tension du module PV
bp_sx150s en fonction de l’éclairement……………………………………………………...11
Figure (1.10) : Résultats de simulation de la caractéristique Courant-Tension de Ns modules
PV bp_sx150s en série……………………………………………………………………….12
Figure (1.11) : Résultats de simulation de la caractéristique Courant-Tension de Np modules
PV bp_sx150s en parallèle …………………………………………………………………..13
Figure (2.1) : Schéma de principe d’un survolteur…………………………………………...15
Figure (2.2) : Schémas équivalents du hacheur survolteur (a) : K fermé ;(b) : ouvert……….15
Figure (2.3) : Schéma du circuit électrique d'un convertisseur dévolteur……………………17
Figure (2.4) : Schémas équivalents du hacheur dévolteur, (a) : K fermé, (b) : ouvert……….17
Figure (2.5) : Schéma de base d’un dévolteur / survolteur…………………………………..18
Liste des figures
Figure (2.6) : Schémas équivalents du Convertisseur dévolteur-survolteur, (a) : K fermé, (b) : K
ouvert…………………………………………………………………………………………19
Figure (2.7) : Organigramme de l’algorithme d’incrémentation de l’inductance…………….22
Figure (2.8) : Caractéristique Puissance-Tension d’un module photovoltaïque……………...23
Figure (2.9) : Organigramme de l’algorithme P&O………………………………………….24
Figure (3.1) : Cartes Arduino : (a) Arduino mini (b) Arduino uno…………………………..26
Figure (3.2) : Description d’une carte Arduino uno………………………………………….27
Figure (3.3) : Schéma synoptique du système photovoltaïque……………………………….28
Figure (3.4) : Schéma de principe d’un convertisseur survolteur…………………………….30
Figure (3.5) : Schéma du convertisseur survolteur sous Porteus……………………………..31
Figure (3.6) : Schéma électrique du convertisseur survolteur réalisée……………………….32
Figure (3.7) : Schéma du capteur de tension sous Proteus…………………………………...33
Figure (3.8) : Capteur de courant ACS712…………………………………………………..33
Figure (3.9) : Schéma du capteur du courant ACS712 sous Proteus………………………...34
Figure (3.10) : Interface Arduino du programme des capteurs de courant et de tension……34
Figure (3.11) : Schéma d’afficheur LCD sous Proteus……………………………………....35
Figure (3.12) : Programme d’afficheur LCD sous l’interface Arduino……………………...36
Figure (3.13) : Schéma électrique de la carte commande en Proteus ……………………….36
Figure (3.14) : Schéma de la carte commande réalisée………………………………………37
Figure (3.15) : Schéma global du système photovoltaïque sous Proteus……………………38
Figure (3.16) : Schéma du système photovoltaïque réalisé………………………………….39
Figure (3.17) : Programme de la commande P&O sous l’interface Arduino………………39