Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 12 : Modélisation des auxiliaires
Guidance

Outre les modules solaires et les batteries, une installation photovoltaïque comporte des auxiliaires dont le fonctionnement peut influencer fortement les performances globales.

Les plus important sont les interfaces, notamment les convertisseurs électroniques de puissance quand il y en a, mais il faut aussi citer les régulateurs chargés de commander ces convertisseurs.

Il faut noter que le fonctionnement interne des dispositifs électroniques met en oeuvre des phénomènes qui évoluent avec des temps caractéristiques beaucoup plus faibles que ceux de l'installation globale. Ainsi, une fréquence de découpage de 100 kHz est tout à fait normale pour un convertisseur électronique de puissance, soit des temps inférieurs à 10 ms alors que l'évolution de l'éclairement solaire s'effectue avec des temps caractéristiques plus grand que la minute.

Ceci conduit à considérer pour les dispositifs électroniques plusieurs modèles.

Pour la simulation de l'ensemble de l'installation photovoltaïque, un modèle "macroscopique", c'est-à-dire avec des temps caractéristiques longs par rapport à son fonctionnement interne, suffira pour tenir compte correctement du comportement externe des dispositifs. On peut même dire que c'est la seule solution réaliste, car il n'est pas indiquer de faire une simulation sur une longue période de temps (parfois d'un an) en utilisant un pas de calcul très faible (inférieur à 10 ms si l'on reprend l'exemple ci-dessus).

Les paramètres d'un modèle macroscopique peuvent être déterminés soit expérimentalement, soit par mise en correspondance avec un modèle plus détaillé. Dans le second cas, les données sont les caractéristiques des composants dont le dispositif est constitué. La mise en correspondance entre le modèle détaillé et le modèle macroscopique permet la détermination a priori (sans nouveau recours à l'expérience) des paramètres de ce dernier.

La détermination expérimentale est la solution la plus simple lorsque le dispositif est déjà choisi avant de procéder à l'optimisation de l'installation. On peut aussi utiliser cette méthode quand il s'agit de faire un choix entre un petit nombre de dispositifs.

Par contre, lorsqu'il s'agit de concevoir un dispositif électronique en vue d'une application particulière, le nombre de possibilités est trop grand pour que l'on puisse procéder par maquettage et détermination expérimentale des paramètres. Dans ce cas, le recours à un modèle détaillé est nécessaire pour déterminer les paramètres du modèle macroscopique.

A ce stade, on pourrait objecter que l'étude des convertisseurs ne fait pas partie des préoccupations du concepteur d'installation solaire, puisque l'on peut trouver dans le commerce des convertisseurs d'usage général.

En fait, les convertisseurs d'usage général sont normalement spécifiés pour un régime nominal, régime qu'ils peuvent supporter de façon permanente avec une durée de vie "raisonnable", tout en assurant un rendement "raisonnable".

Cela ne correspond pas à la façon dont ils seront utilisés dans une installation solaire, car

- le régime de fonctionnement est très variable,

- la durée de vie doit être plus longue que celle normalement considérée comme raisonnable si l'on veut qu'elle correspondre à la durée de vie escomptée pour les modules photovoltaïques,

- le rendement à puissance réduite est important puisque c'est à puissance réduite qu'ils fonctionneront normalement.

Notons encore qu'ils devraient être conçus avec un rendement plus élevé que dans les applications classiques, le surcoût qui en résulte étant plus acceptable, du moins aussi longtemps que l'énergie solaire sera plus coûteuse que l'énergie habituellement considérée industriellement.

Toutes ces raisons expliquent que la conception de convertisseurs bien adaptés au problème traité se justifie, et donc aussi l'étude détaillée de ces convertisseurs.

Cette semaine, nous allons donc nous intéresser aux deux types de modèle, pour ce qui est des convertisseurs et des régulateurs.

Dernière mise à jour le 01-04-2005