Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 4 : Interfaces des modules photovoltaïques
Guidance

Lorsqu’un convertisseur réglable, comme ceux évoqués ci-dessus, est intercalé entre le champ photovoltaïque et la charge, il est possible de régler, manuellement ou automatiquement, celui-ci pour obtenir une puissance maximum.

En toute rigueur, c’est la puissance à la sortie du convertisseur qu’il faudrait optimiser, et non celle fournie par les cellules.

L’algorithme de recherche doit être suffisamment rapide pour s’adapter aux variations rapides du rayonnement avec le déplacement des nuages (temps caractéristiques de quelques secondes) mais ne pas s’écarter trop (ou trop longtemps) du point optimum. Ces deux propriétés sont contradictoires, car l’algorithme a besoin d’informations sur la caractéristique et ne peut les obtenir qu’en faisant varier le point de fonctionnement.

Plus l’algorithme dispose d’information a priori sur le système et plus il sera performant. Il semble cependant difficile d’aller très loin dans cette direction car les caractéristiques du champ dépendent de l’éclairement, de la température des cellules et de leur état (qui dépend des tolérances de fabrication, du vieillissement des panneaux, de leur état de propreté…).

Les variations du point de fonctionnement imposées par l’algorithme ne doivent pas être corrélées aux variations spontanées dues aux changements d’éclairement. Des variations aléatoires ou pseudo-aléatoires sont préférables. Un algorithme qui poursuit dans le même sens tant que la puissance recueillie augmente ne peut donc pas être optimum. L’algorithme présenté par Hussein et autres (référence ci-dessous) présente lui aussi des défauts (qui sont mis en lumière par le risque d’un fonctionnement stationnaire hors optimum si le rayonnement reste constant). [K.H. Hussein & autres][P.R. Mishra & autres].

La recherche du point optimum, même si elle est facilitée par l'utilisation d'un système électronique numérique (microprocesseur), est parfaitement possible à l'aide d'un système électronique ne comportant que des circuits analogiques et digitaux. On doit alors se contenter d'un algorithme plus simple, mais les performances obtenues restent très satisfaisantes [Fagny & Thiry, TFE UCL, 1999] [R. El Bachtiri & E. Matagne].

Les figures ci-dessous indiquent le principe d'un tel dispositif.

Figure S04-19 : principe de la recherche de la puissance optimum

Pour situer un point de fonctionnement par rapport à l'optimum, on superpose au signal de commande une perturbation (ici une sinusoïde) qui va faire varier la tension de fonctionnement du module de part et d'autre d'une valeur moyenne.

On observe le résultat de cette perturbation sur la puissance fournie par le module (comme dans la plupart des cas la puissance est une fonction croissante du courant débité, on peut observer le courant à la place de la puissance, ce qui est plus facile techniquement).

Si la tension moyenne se trouve en dessous de l'optimum, les fluctuations de puissance sont en phase avec le signal perturbateur.

Si la tension moyenne se trouve au-dessus de l'optimum, les fluctuations de puissance sont en opposition avec le signal perturbateur.

Enfin, lorsque l'optimum est atteint, la composante fondamentale des fluctuations de puissance est nulle (il reste seulement des harmoniques).

La position de la tension moyenne se localise donc facilement à l'aide d'un détecteur synchrone. La figure ci-dessous comporte un tel détecteur.

Figure S04-20 : schéma bloc d'un circuit de poursuite du point optimum

Un générateur de sinusoïde fournit le signal perturbateur que l'on va ajouter à la consigne fournie au convertisseur. Le signal provenant du capteur (de courant ou de puissance) subit un filtrage de façon à ne conserver que la partie due à la perturbation. Ce signal est ensuite multiplié par le signal provenant du générateur de sinusoïde. Le résultat comporte une composante à fréquence double et une composante continue. Cette dernière est isolée par passage à travers un filtre passe-bas. Le résultat est une tension qui est

• nulle si la tension moyenne de fonctionnement du module correspond à l'optimum,
• positive si la tension moyenne de fonctionnement du module est trop faible (car le signal reçu est alors en phase avec la sinusoïde initiale, leur produit étant donc positif),
• négative si la tension moyenne de fonctionnement du module est trop élevée (car le signal reçu est alors en opposition de phase avec la sinusoïde initiale, leur produit étant donc négatif).

Le signal ainsi obtenu agit alors, via un régulateur ( à savoir un régulateur proportionnel intégral dans le cas de la figure ci-dessus) sur le convertisseur afin de rapprocher la tension de fonctionnement du module de sa valeur optimum.

Dernière mise à jour le 12-02-2004