Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 12 : Modélisation des auxiliaires
Guidance

Un modèle détaillé d'un convertisseur est ordinairement un modèle de type "circuit électrique". Les outils généraux d'analyse des circuits électriques sont donc en principe utilisables. On notera cependant que les semiconducteurs présentent de forte non-linéarités, ainsi que parfois les composants magnétiques. Il faut donc se méfier des théorèmes et logiciels qui ne sont valables que pour les éléments de circuit linéaires.

Pour chaque fonctionnement en régime permanent du convertisseur, on peut calculer ses pertes. La séparation en les trois termes cités peut à la page précédente est alors possible par régression non linéaire.

En fait, les trois termes considérés à la page précédente dans le modèle macroscopique correspondent au niveau du modèle détaillé à des phénomènes relativement distincts, et pourrait donc être déterminés séparément pour chaque régime permanent.

Dès qu'un convertisseur est en service, même s'il ne fournit aucune énergie, il occasionne des pertes

- à cause de la consommation de l'appareillage de régulation qui y est incorporé,

- à cause des pertes (par hystérésis et par courants de Foucault) présentes dans le noyau des transformateurs dès qu'ils sont magnétisés (pertes de magnétisation).

La commutation des semi-conducteurs entraîne aussi des pertes, car elle s'accompagne de la charge et de la décharge de capacités (parasites), l'énergie accumulée dans ces capacités étant habituellement perdue dans les semi-conducteurs.

Comme les pertes de magnétisation et les pertes de commutation dépendent de la fréquence interne de fonctionnement, on conçoit donc que celle-ci soit choisie différemment que dans un convertisseur classique.

Lorsque le convertisseur est inactif, on a intérêt à le mettre dans un état de veille dans lequel les semi-conducteurs n'effectuent plus de commutation et où la partie de l'électronique de commande la plus gourmande en énergie n'est plus alimentée.

On considère parfois un terme proportionnel au courant.

Ce terme provient essentiellement de semi-conducteurs comme les diodes à jonction, les transistors bipolaires et les IGBT , dont la chute de tension comporte un terme indépendant du courant qui les traverse. La dissipation occasionnée par ces semi-conducteurs comporte dès lors un terme proportionnel au courant qui les traverse, et on ne s'étonnera pas de trouver dans les pertes du convertisseur un terme proportionnel au courant débité.

A noter que les transistors MOS ne présentent pas ce terme.

Les pertes de commutation comportent contribuent aussi à un tel terme, car pendant la commutation les semi-conducteurs supportent simultanément une tension et un courant. Le niveau de tension est à peu près constant (lié à la tension de la batterie ou du secteur), tandis que le niveau de courant dépend du courant débité.

Enfin, on considère toujours un terme proportionnel au carré du courant. Ce terme provient des résistances ohmiques des enroulements (selfs de lissage, transformateur) et des semi-conducteurs (y compris et surtout les transistors MOS). Les pertes dues aux résistances du câblage et des shunts de mesure de courant ne sont pas non plus négligeables.

Les pertes de commutation comportent aussi un terme de ce type à cause des inductances (parasites) dont l'énergie est habituellement dissipée à chaque commutation.

Comme indiqué ci-dessus, la conception d'un convertisseur pour une installation solaire devrait être différente, en particulier en ce qui concerne sa fréquence interne de travail et même son mode de fonctionnement (fréquence interne variable en fonction de la charge par exemple).

Pour étudier l'effet de modifications apportées aux convertisseurs, il faudrait en principe pour chaque modification calculer plusieurs fonctionnement en régime (à l'aide du modèle détailler), calculer les pertes pour chacun des régimes, en déduire les paramètres macroscopiques du convertisseur, puis effectuer une simulation de l'ensemble de l'installation photovoltaïque (en utilisant des modèles macroscopiques).

Cependant, comme les pertes sont petites, on peut admettre en première approximation qu'elles n'interviennent dans le dimensionnement global de l'installation que par leur total.

La plupart, sinon toutes, des simulations globales peuvent donc être remplacées par des simulations simplifiées où l'évolution temporelle n'est pas prise en compte : connaître l'histogramme (en % du temps) des puissances à convertir est en général l'essentiel de l'information nécessaire pour ces simulations. Un histogramme couplé de la puissance et de la température ambiante pourrait aussi être utile, en particulier pour examiner la durée de vie.

Dernière mise à jour le 01-04-2005