Convertisseur et raccordement au réseau électrique

Dopage et Jonction P-N

La formation des bandes interdites étant due à la régularité de la structure cristalline, toute perturbation de celle-ci tend à créer des états accessibles à l’intérieur de ces bandes interdites, rendant le gap plus « perméable ». Le dopage consiste à implanter des atomes correctement sélectionnés (nommés « impuretés ») à l’intérieur d’un semi-conducteur intrinsèque afin de contrôler les propriétés électriques. La technique du dopage augmente la densité des porteurs à l’intérieur du matériau semi-conducteur. Si elle augmente la densité d’électrons, il s’agit d’un dopage de type N. Si elle augmente celle des trous, il s’agit d’un dopage de type P. Les matériaux ainsi dopés sont appelés semi-conducteurs extrinsèques. Une jonction P-N est créée par la mise en contact d’un semi-conducteur dopé N et d’un semi-conducteur dopé P. La jonction entraine là l’égalisation des niveaux de Fermi par décalage des bandes. Si on applique une tension positive du côté de la région P, les porteurs majoritaires positifs (les trous) sont repoussés vers la jonction. Dans le même temps, les porteurs majoritaires négatifs du côté N (les électrons) sont attirés vers la jonction. Arrivés à la jonction, soit les porteurs se recombinent (un électron tombe dans un trou) en émettant un photon éventuellement visible, soit ces porteurs continuent leur course au travers de l’autre semi-conducteur jusqu’à atteindre l’électrode opposée : le courant circule. Si la différence de potentiel est inversée, les porteurs majoritaires des deux côtés s’éloignent de la jonction, bloquant ainsi le passage du courant à son niveau. Ce comportement asymétrique est utilisé notamment pour redresser le courant alternatif. La jonction P-N est à la base du composant électronique nommé diode, qui ne permet le passage du courant électrique que dans un seul sens. De manière similaire, une troisième région peut être dopée pour former des doubles jonctions.

. Simulation d’un générateur photovoltaïque

Afin de réaliser cette simulation, nous avons choisi le module ENIE SOLAR QA4600SLP dont les données sont obtenues du datasheet. Ainsi, le tableau suivant nous donne les valeurs des paramètres : D’après les résultats de simulation obtenue dans les figures (1.5) à (1.8), nous remarquons que l’ensoleillement et la température ont un impact direct et non négligeable sur les courbes I(V) et P(V) d’un panneau solaire photovoltaïque. D’après la figure (1.5), nous remarquons que la variation de l’irradiance sur la caractéristique I=f(V) à température constante, entraîne une variation importante du courant, tandis que celle de la tension est faible. De plus, nous remarquons sur la figure (1.6) une augmentation de la puissance du générateur photovoltaïque suite à cette variation de l’irradiance. Les figures (1.7) et (1.8) montre l’influence de la température sur les caractéristique I(V) et P(V) du panneau photovoltaïque. En moyenne, la tension à vide d’une cellule photovoltaïque diminue de 2 mV lorsque la température de la cellule augmente d’un degré Celsius (peut varier d’un fabricant à l’autre), soit une baisse de tension de 0.3 % / °C. C’est ce qu’on appelle le coefficient de température lié à la tension, qu’on notera dans toute la suite de cet ouvrage KT(U). Ce coefficient de température dépend notamment de la nature de la cellule (cristallin, amorphe, etc…). Quant au courant, il augmente en moyenne de 2 mA lorsque la température augmente d’un degré Celsius, soit une augmentation de courant de l’ordre de 0.04 %/°C ce qui reste négligeable. C’est ce qu’on appelle le coefficient de température lié au courant, qu’on notera KT(I). De même, on définit un coefficient de température lié à la puissance, qu’on notera KT(P) compris entre 0.4%/°C et 0.5%/°C. [3]

Système photovoltaïque Proposé Le système que nous proposons pour l’étude à déjà été présenté dans le chapitre 2 et qui est comme suite : Le modèle global de notre système photovoltaïque représenté par cette figure est constitué :

• D’un panneau photovoltaïque : Formé de 60 cellules misent en série. Nous avons étudié l’influence des paramètres extérieurs, par exemple l’influence d’éclairement sur la caractéristique (courant-tension) et cela dans le premier chapitre.

• D’un convertisseur Boost (Continu- Continu) : Ce convertisseur est connu par le nom d’élévateur de tension, qui est l’étage d’adaptation (Continu- Continu) entre le panneau et la charge de sortie. Il permet le plus souvent d’alimenter une batterie servant à stocker de l’énergie ou une charge. Cet étage d’adaptation dispose d’une commande (MPPT) (Maximum Power Point Tracking) qui lui permet de rechercher le point de puissance maximal (PPM) que peut fournir un panneau solaire photovoltaïque [10]. Nous avons étudié les différents types de MPPT pour cette structure dans le deuxième chapitre.

• D’un convertisseurs Continu-Alternatif : Ils sont relativement peu nombreux ; Ils 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. Le plus souvent, on utilise deux ou trois phases [11]. Dans notre travaille on va utiliser l’onduleur de tension a trois phases. Pour pouvoir connecter l’onduleur de tension en parallèle au réseau et le faire fonctionner comme une source de courant, il est nécessaire d’utiliser un filtre de raccordement de nature inductive (L ou LCL). La fonction de ce filtre permet d’une part de convertir le compensateur en un dipôle de courant du point de vue du réseau. Et d’autre part de réduire la dynamique du courant, de façon à le rendre plus facile à contrôler. Le filtre de type (L) permet de diminuer les harmoniques autour de la fréquence de commutation. Pour obtenir cela, la valeur de cette inductance doit être relativement élevée [12]. Nous avons également montré le fonctionnement de l’onduleur dans le chapitre 2.

Conclusion générale

Dans le nouveau contexte économique de changement majeur provoqué par l’ouverture du marché de l’énergie et l’évolution de la distribution électrique par l’intégration des énergies renouvelables tel que les systèmes photovoltaïques. Il est important que ces systèmes photovoltaïques connecté au réseau reste stable que ce soit en régime transitoire ou permanent et ce indépendamment des variations de paramètre passif qui les constituent de même lors des perturbations électriques survenue dans le réseau électrique où ils y sont connectés due par exemple à la présence de charge non linéaire. Ainsi, l’objectif de ce travail consistait à proposer des solutions permettant d’étudier et d’éliminer les effets des différentes perturbations appliquées à notre système photovoltaïque, suivi par une étude de robustesse. Au début nous avons donné une présentation générale des systèmes photovoltaïque, leur modélisation et l’influence de l’irradiation et la température sur le modèle. Le système étudier été un système photovoltaïque raccordé au réseau électrique. Il est constitué dans sa structure par un générateur photovoltaïque qui alimente un onduleur de tension couplé au réseau via un hacheur élévateur Boost.

Le générateur photovoltaïque de modèle ENIE SOLER de 250 W que nous avons modélisé delivre en sortie quelque dizaine de volte. Pour avoir la tension nécessaire pour alimenter notre onduleur raccordé au réseau. La commande de notre hacheur est basée sur un algorithme de recherche du point de puissance maximale (MPPT). Cet algorithme permet d’extraire la puissance maximale délivré par le générateur photovoltaïque. Après avoir obtenu une tension continue suffisante à la sortie de notre hacheur, nous avons étudié la modélisation et la simulation de notre onduleur de tension permettant de convertir cette tension continue à une tension alternative conforme à celle du réseau électrique. La simulation a été faite sous Matlab-SimPower System. Le fait que notre onduleur de tension doit être raccordé au réseau donc la synchronisation avec le réseau est nécessaire, ceci a été possible par l’emploi d’une PLL. De plus, ce système de synchronisation que nous avons étudié (PLL robuste dans le domaine d-q) a pour objectif d’extraire la composante directe de la tension fondamentale du réseau, permettant d’avoir de bonne performance à notre commande indépendamment des diverses perturbations pouvant survenir sur notre réseau. Concernant la commande de l’onduleur, nous avons utilisé la commande d’hystérésis qui consiste à maintenir le courant à l’intérieur d’une bande enveloppant sa référence, consiste à faire la comparaison entre le courant mesuré et le courant de référence. L’utilisation d’un filtre multi-variable ou de la commande robuste d’ordre non entier (CRONE) ont permis d’avoir des performances très satisfaisante de notre système photovoltaïque lorsque ce dernier contenait des paramètres incertains.