Hacheurs de puissance pour systèmes photovoltaïques

Hacheurs de puissance pour systèmes photovoltaïques 

Convertisseurs CC-CC 

Les convertisseurs statiques servent à transformer la tension continue fournie par les panneaux ou les batteries pour l’adapter à des récepteurs fonctionnant en une tension continue différente.

L’étude du convertisseur est intéressante dans la mesure où il est utilisé dans la plupart des nouveaux types de sources de production d’énergie dispersée connectée au réseau (éolienne, photovoltaïque, pile à combustible … ).

Le hacheur est un convertisseur continu/continu permettant de convertir une énergie continue à un niveau donné de tension (ou de courant) en une énergie continue à un autre niveau de tension (ou de courant). Son utilisation s’avère nécessaire pour stocker l’énergie photovoltaïque dans des batteries, ou pour alimenter une charge continue.

Types des convertisseurs CC-CC 

Il Y a plusieurs topologies des convertisseurs CC-CC. Ils sont classés en deux types: les convertisseurs non isolés et les convertisseurs isolés de la source.

Convertisseurs non isolés de la source
Les topologies non isolées ne comportent pas de transformateurs d’isolement. Elles sont généralement utilisées dans l’entrainement des moteurs à courant continu. Ces topologies sont encore classées en trois catégories:
– Abaisseurs (Buck);
– Élévateurs (Boost);
– Abaisseurs – Élévateurs (Buck-Boost).

La topologie Buck est employée pour les faibles tensions. Dans les applications PV, le convertisseur Buck est habituellement employé comme chargeur de batteries et dans des systèmes de pompage de l’eau.

La topologie Boost est employée pour augmenter la tension. Les systèmes de production de l’énergie emploient un convertisseur boost pour augmenter la tension de sortie au niveau du service avant l’étage de l ‘ onduleur. Puis, il y a des topologies capables d’augmenter et de diminuer la tension telles que le Buck-Boost, le Cuk, et le Sepic.

Convertisseurs isolés de la source
Les topologies isolées emploient un transformateur d’isolement fonctionnant à haute fréquence, elles sont souvent employées dans les alimentations à découpage. Les topologies les plus connues dans la majorité des applications sont le Fly back, le demi-pont et le pont complet. Dans les applications photovoltaïques (PV), les systèmes de couplage avec le réseau électrique emploient souvent ces types de topologies quand l’isolement électrique est préféré pour des raisons de sûreté.

Importance du MPPT (Maximum Power Point Tracker) 

Le rayonnement solaire qui atteint les modules photovoltaïques a un caractère fortement variable en fonction de la latitude, de l’orientation du champ solaire, de la saison et de l ‘heure du jour. Sur chaque cellule, au cours de la journée, on peut déterminer des ombres qui peuvent être prévisibles, comme dans le cas d’un édifice situé à proximité du champ solaire ou imprévisibles comme celles provoquées par les nuages. Par ailleurs la quantité d’énergie produite par chaque cellule photovoltaïque dépend du rayonnement et de sa température. A partir de ces considérations il est nécessaire de détecter à chaque instant ce point particulier sur la caractéristique V-I du générateur photovoltaïque où le transfert de puissance vers le réseau est au maximum.

Pour assurer le fonctionnement d’un générateur PV à son point de puissance maximale (PPM), des contrôleurs MPPT sont souvent utilisés. Ces contrôleurs sont destinés à minimiser l’erreur entre la puissance de fonctionnement et la puissance maximale de référence variable en fonction des conditions climatiques.

La puissance de fonctionnement du générateur PV est facilement calculé à partir du produit tension-courant. Par contre, la détermination de la puissance maximale de référence est plus délicate vue que cette dernière est fonction des conditions climatiques (éclairement, température). Cette référence, étant alors non constante et étant caractérisée par une fonction non linéaire, rend le fonctionnement à puissance maximale plus difficile à réaliser. Afin de surmonter ces difficultés, plusieurs méthodes sont souvent adoptées telles que les méthodes analogiques et les méthodes numériques.

L’énergie photovoltaïque issue de la conversion de l’énergie solaire souffre d’un problème d’optimisation, du aux caractéristiques électriques non linéaires (courant tension) des cellules photovoltaïques, ces caractéristiques dépendent essentiellement des conditions climatiques de rayonnement et température.

Dans le but d’améliorer le rendement du générateur photovoltaïque (PV) autrement dit maximiser la puissance délivrée à la charge reliée aux bornes du générateur, plusieurs critères d’optimisation de l’ efficacité du système étaient appliqués et des techniques étaient suivies pour avoir une bonne adaptation et un rendement élevé parmi ces techniques, les plus utilisées sont :

/ Méthode basée sur la mesure de la tension en circuit ouvert
./ Méthode basée sur la mesure du courant en court-circuit
./ Perturbation et Observation (P&O, Perturb and Observe)
./ Incrément de la conductance (IncCond, incrementai Conductance)

La méthode la plus utilisée dans le domaine du photovoltaïque est celle de Perturbation et Observation (P&O), notre travail est basé sur cette méthode appliquée à un système photovoltaïque.