TP 1 S2 PDF [PDF]

Zitiervorschau

Licence Appliquée en Énergétiques et Énergies Renouvelables L3 LAEER- Université de Djibouti TP 1 : Modélisation et simulation du panneau photovoltaïque de la centrale hybride installée au campus de Balbala sous Matlab/Simulink Responsable : M. Hamza ABDI FARAH Durée : 1 séance (2 heures)

Objectif L’objectif de ce TP est de modéliser et simuler les performances d’un panneau photovoltaïque installé au campus de Balbala par l’extraction des caractéristiques fondamentales qu’ils sont I = f (V) et P = f (V), et l’analyse de l’influence des différents paramètres qui agissent sur l’amélioration et la dégradation de son fonctionnement telle que l’irradiation et la température.

Contexte Une centrale hybride a été installée au sein du campus de Balbala. Les panneaux photovoltaïques installés sont en nombre de 76 des technologies polycristallines. Chaque panneau délivre une puissance de 250 Wc. Le centrale solaire photovoltaïque est organisé en une blocs. Le bloc est répartit en 4 chaînes connectés parallèlement contenant chacune de 19 panneaux mise en série. Idéalement pour produire sa capacité maximum, les panneaux photovoltaïques doit avoir le plan du capteur perpendiculaire aux rayons solaires. Sur terre, le soleil se lève à l’est et sa course passe par le sud pour nir à l’ouest. C’est dû à la rotation de notre astre et à la façon dont il tourne par rapport au soleil. En conséquence, à Djibouti l’orientation optimale d’un panneau solaire est bien le sud, là où le soleil sera à son zénith (la position la plus haute dans le ciel) au milieu de la journée avec une inclinaison comprise entre 11◦ et 12◦ . Pour cette centrale les panneaux PV ont une inclinaison de 11◦ .

Modélisation d’un module photovoltaïque sous Matlab-Simulink Dans le cadre de ce TP nous utiliserons le modèle simple diode qui est le modèle qui représente le comportement électrique de la jonction P-N. Ce modèle est basé à une diode avec les cinq paramètres d’un modèle PV à savoir une diode caractérisant la jonction , une source de courant (Iph)caractérisant le photo-courant, un courant de saturation inverse de la diode (Is) ,une résistance série (Rs) représentant les pertes par effet de joule et une résistance shunt (Rsh) caractérisant un courant de fuite très élevés par rapport à la résistance série. L’équation caractéristique est déduite à partir de la loi de Kirchhoff : Ipv = Iph − Id − Ish 1

(1)

le courant de la diode se calcule par la relation suivante : Id(v) = Is (exp(

q.v ) − 1) A.k.T

(2)

Avec : • A : Facteur de qualité • Is : Courant de saturation de la diode • q : charge d’électron=1.602.10− 19 (C) • k : constante de Boltzman=1.38.10− 23 (J/K) Le courant électrique produit par la cellule est donc : Ipv = Iph − Is (exp

Vpv + Iph .Rs Vpv + Iph .Rs − 1) − ( ) Vt .n Rsh

(3)

Avec : Iph , Photo-courant du module. Is , Courant de saturation inverse de la diode. n, Facteur d’idéalité de la jonction comprise entre 1 et 2. Vt est la tension thermique du module pour un nombre Ns de cellules en série et définie par : Vt =

Ns .K.T q

(4)

La Figure 1 représente avec des composants électriques, le comportement électrique équivalent déduit de l’équation 3.1.

Figure 1 – Circuit équivalent d’une cellule PV La température de la cellule peut être calculer comme suit : Tc = Ta + φ × (

N oct − 20 ) 800

Avec : Ta = Température ambiante (K) φ = Flux lumineux (w/m2 ) Noct : Condition de température nominale de la cellule donnée par le constructeur(K).

2

(5)

La centrale hybride dispose comme type de module (Professional 60 poly 250) dont les caractéristiques techniques données par le constructeur dans les conditions standards de test sont résumées dans le tableau 1 Technologie de cellule Nombre de cellule Puissance maximale Tension au point de puissance maximale (Vmp) Courant au point de puissance maximale (Imp) Tension de circuit ouvert (Voc) Courant de court-circuit (lsc) Noct Coefficient de température de Isc Coefficient de température de Voc Coefficient de température de puissance

Poly-cristalline 60 250 W 29.73V V 8.41A A 37.62 V 8.91 A 49◦ C 5.15x10−3 A/◦ C −1.20x10−1 V /◦ C −9.67x10−1 W/◦ C

Table 1 – Principales caractéristiques du panneau Professional 60 poly 250

Les outils de modélisation Le modèle d’un système est une représentation d’un système réel. Lorsque l’on dispose d’un modèle, on peut simuler le comportement de celui-ci. Par définition donc un modèle est une simplification de la réalité car s’il en avait tous les attributs, il s’agirait non plus d’un modèle mais de la réalité. Il faut noter que la modélisation permet notamment de : • Détecter au plus tôt les erreurs • Réduire et optimiser les essais • Génération du code automatique La modélisation peut être fait soit par un design (Simulink, Labview, Psim, . . . ) ou par un langage (VHDL-AMS, Langage C , Script Matlab . . . ). Ce TP met en œuvre la modélisation et la simulation d’un panneaux solaires photovoltaïque de la centrale solaire hybride à l’aide des logiciels Matlab et Simulink. Nous allons travailler avec un panneau photovoltaïque avec des cellules connectées en série, Solarex MSX-60.

Les Démarches à suivre pour la modélisation du module photovoltaïque : 1. Lancer Matlab et créer un répertoire de travail 2. Lancer Simulink ensuite aller dans file puis new model. Une fenêtre doit apparaître et elle va nous permettre de créer notre modèle de panneau photovoltaïque.

3

3. On va travailler avec des composants disponibles dans la library simscape du Simulink (si vous ne connaissez pas l’emplacement d’un composant il suffit juste d’écrire son nom dans le barre de recherche). 4. Enregistrer le nouveau modèle dans le dossier que vous aviez créé précédemment dans le bureau. Nommez-le. 5. Nous allons commencer à définir les constants pour cela il faudra cliquer sur file −→ model properties −→ callbacks ensuite une fenêtre va apparaitre on clique sur −→ InitFcn c’est dans cette fenêtre que nous allons définir constants qui sont dans les données du fabricant. 6. Pour extraire les caractéristiques du courant et de la puissance en fonction de la tension dans les conditions standard, on propose le montage ci-dessous à implémenter sous l’environnement MATLAB/Simulink (Simscape elctronics)en partant du circuit équivalent d’un panneau photovoltaïque.

Figure 2 – Modèle électrique d’un panneau PV sous simulink 7. Créer le sous système de ce modèle puis insérez un bloc fonction MATLAB à partir de la bibliothèque du simulink.

Figure 3 – Bloc fonction 8. Programmer le bloc de fonction pour calculer le courant maximal du panneau . Dans l’ éditeur de blocs de fonctions MATLAB , entrez un espace de ligne après l’en-tête de fonction et ajoutez le code suivant :

4

Figure 4 – Code Matlab 9. Relier toutes les entrées du modèle comme la montre la figure suivante :

Figure 5 – Modèle d’un panneau PV 10. Spécifier un temps de simulation en seconde et lancer la simulation en appuyant sur l’icône Run pour un éclairement énergétique de 1000W/m2 et pour une température de 25˚C. Relever les valeurs de la tension, du courant et de la puissance produite par le panneau.

1

Influence de l’éclairement

On fixe la température à T = 25˚C, effectuer des simulations pour différentes éclairement (1000 W/m2 , 900 W/m2 , 800 W/m2 , 700 W/m2 , 500 W/m2 , 300 W/m2 , 0 W/m2 ).

5

1. Relever les caractéristiques I = f (V) et P = f (V) pour les différents éclairements. (Essayer de les tracer dans un même graphe en utilisant la commande ’hold on’). 2. Dans un tableau noter les valeurs de Isc, Voc pour les différents éclairements. G [W/m]

1000

900

800

700

500

300

Isc [A] Vco [V] Table 2 – Mesures des paramètres caractéristiques propres au module PV . 3. Tracer Isc = f (G), Voc= f (G). 4. Interpréter les résultats obtenus et conclure sur l’influence de l’éclairement sur le panneau photovoltaïque.

2

Influence de la température

Dans ce cas, on effectue des simulations pour un éclairement constant G = 1000 W/m2 , mais en variant la température du module, on prendra 25˚C, 30˚C, 40˚C, 45˚C, 50˚C et 75˚C. 1. Refaire la même manipulation précédente. 2. Interpréter les résultats obtenus et conclure sur l’influence de la température sur le panneau photovoltaïque.

3

Influence de la résistance série

La résistance série modélise l’effet ohmique de la cellule. Dans cette partie on va chercher l’influence de cette dernière sur les deux caractéristiques courant et puissance en fonction de la tension. Pour cela on va varier la valeur de Rs en ohm (0.075, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1). 1. Refaire la même manipulation précédente. 2. Interpréter les résultats obtenus et conclure sur l’effet de la résistance sur les caractéristiques d’un module photovoltaïque.

6

0