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Un système photovoltaïque autonome ne produisant pas d’excès de puissance! - Par : Miloud Rezkallah, Abdelhamid Hamadi, Ambrish Chandra, Bhim Singh,

Un système photovoltaïque autonome ne produisant pas d’excès de puissance!


Ambrish Chandra
Ambrish Chandra Profil de l'auteur(e)
Ambrish Chandra est professeur au Département de génie électrique à l’ETS. Ses intérêts de recherche portent sur la qualité de l’onde, la compensation de puissance, le contrôle et l’intégration des ressources énergétiques renouvelables.
Programme : Génie électrique 

Résumé

Les systèmes photovoltaïques autonomes sont utilisés pour alimenter en électricité les maisons et les compagnies isolées; elles sont aussi utiles dans plusieurs applications des domaines de la santé, de l’agriculture, des télécommunications et des services publics. Lorsque les piles sont chargées au maximum de leur capacité, l’électricité produite doit être éliminée au moyen d’une charge de délestage pour éviter les bris. Les chercheurs du Groupe de recherche en électronique de puissance et commande industrielle (GREPCI) de l’École de technologie supérieure (ÉTS) de Montréal ont conçu un système photovoltaïque autonome qui produit de l’électricité sans excès, ce qui lui permet de fonctionner sans charge de délestage.

Mots clés : photovoltaïques, charge de délestage, système autonome

 

Introduction

L’utilisation de combustibles fossiles pour produire de l’énergie électrique a des répercussions négatives sur l’environnement [1]. Pour remédier à ce problème, des sources d’énergie renouvelables, comme l’énergie éolienne, solaire, hydroélectrique et de biomasse sont utilisées partout dans le monde [2]. Récemment, l’énergie solaire provenant de champs de panneaux photovoltaïques a reçu une grande attention, surtout dans les régions éloignées, pour de nombreuses raisons, telles que :
1) Les champs de panneaux photovoltaïques fournissent une énergie propre et sans danger;
2) La source d’énergie (les rayons du soleil) est gratuite et abondante;
3) Leur coût d’exploitation et d’entretien est très faible [3].

Malheureusement, cette source d’énergie renouvelable présente certains inconvénients liés à son rendement pendant la nuit et aux changements de conditions climatiques [4]. Il est conseillé d’utiliser des convertisseurs à deux étapes pour obtenir le maximum de puissance à partir des panneaux photovoltaïques et réguler la tension et la fréquence au point de couplage commun (PCC), lequel est défini comme « la jonction entre les sources et les charges dans un réseau électrique » [5].

Figure 1. Points de couplage communs (PCC) d'éléments divers dans un miniréseau.

Figure 1. Points de couplage communs (PCC) d’éléments divers dans un miniréseau

Plusieurs techniques de suivi du point de puissance maximum (MPPT) ont été proposées dans la littérature pour maximiser la production d’électricité des champs de panneaux photovoltaïques en commandant le convertisseur élévateur courant continu – courant continu (CC – CC).

Figure 2. Courbe du courant en fonction de la tension des cellules solaires et point de puissance maximum (MPPT).

Figure 2. Courbe du courant en fonction de la tension des cellules solaires et point de puissance maximum (MPPT)

Problématique

Dans un système autonome, il doit exister à tout moment un équilibre entre la puissance active et la puissance réactive afin que la fréquence et la tension du courant alternatif (CA) du réseau demeurent constantes au point de couplage commun (PCC). Habituellement, lorsqu’un champ de panneaux photovoltaïques est utilisé dans un système autonome, des éléments supplémentaires, tels qu’un système de stockage d’énergie par batteries (BESS) et une charge de délestage, sont nécessaires afin d’assurer la continuité de l’alimentation électrique et un équilibre des puissances active et réactive [6].

Figure 3. Exemple de système de stockage d'énergie par batteries (BESS) dans un système autonome.

Figure 3. Exemple de système de stockage d’énergie par batteries (BESS) dans un système autonome

La charge de délestage sert à décharger la puissance excédentaire lorsque les batteries sont complètement chargées et que la demande d’électricité est inférieure à celle produite par le champ de panneaux photovoltaïques. En général, un tel élément est raccordé du côté CA et, à moins qu’il ne soit complètement résistif, il ne peut pas maintenir la tension et la fréquence constantes par dissipation de la puissance excédentaire. Par ailleurs, la charge de délestage n’étant pas linéaire, elle affecte la qualité du signal en introduisant des courants harmoniques dans le système.

Figure 4. Exemple de système avec charge de délestage.

Figure 4. Exemple de système avec charge de délestage

Figure 5. Exemple de résistance utilisée comme système de charge de délestage.

Figure 5. Exemple de résistance utilisée comme système de charge de délestage

Solution

Nous avons conçu un système dans lequel l’équilibre de puissance est réalisé en chargeant et en déchargeant la batterie (voir figure 6).

Figure 6. Système autonome proposé.

Figure 6. Système autonome proposé

Lorsque la batterie est complètement chargée, le champ de panneaux photovoltaïques fournit, par l’intermédiaire de la commande de retour de courant proposée, la demande d’électricité nécessaire, telle que commandé par le convertisseur élévateur CC – CC. En conséquence, cette solution permet de réduire le coût d’installation. Les problèmes qu’une charge de délestage peut créer du côté CA, notamment la détérioration de la qualité du signal, sont ainsi supprimés lorsque la charge de délestage est élim