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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 425 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 2 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le
jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la
communauté universitaire élargie.
Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci
implique une obligation de citation et de référencement lors
de l’utilisation de ce document.
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http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES
U.F.R. Sciences & Techniques Mathématiques Informatiques Automatiques
Ecole Doctorale IAEM Lorraine
Département de Formation Doctorale Electronique-Electrotechnique
Thèse
présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-I
en Génie Electrique
par Akassewa Tchapo SINGO
Ingénieur ENSEM
Système d’alimentation photovoltaïque avec stockage hybride
pour l’habitat énergétiquement autonome
Soutenue publiquement le 3 février 2010
Membres du jury :
Président : Bernard MULTON, Pr. Laboratoire SATIE, Ker Lann
Rapporteurs : Seddik BACHA, Pr. Laboratoire G2ELab, Grenoble
Mohamed MACHMOUM, Pr. Laboratoire IREENA , Saint Nazaire
Examinateurs : Jean-Paul GAUBERT, MCF Laboratoire LAII, Poitiers
André MARTINEZ, MCF Laboratoire LERPA, La Rochelle
Shahrokh SAADATE, Pr. Laboratoire GREEN, Nancy
Groupe de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nancy, Faculté des
Science et Technique - 54500 Vandoeuvre-lès-Nancy
REMERCIEMENTS
Cette thèse n’aurait pas été possible sans le soutien financier du Conseil Général de la
Charente Maritime, je tiens à leur exprimer ici, toute ma reconnaissance pour la confiance
placée en moi à travers cette bourse doctorale.
Toute ma reconnaissance va aussi à M. Breuil, Directeur de la Recherche de l’EIGSI de La
Rochelle pour m’avoir accueilli durant mes trois années de thèse.
A MM. Shahrokh Saadate et André Martinez, mes co-directeurs de thèse, merci pour
votre encadrement, vos connaissances techniques et humaines m’ont permis d’arriver à bon
port. Je vous remercie aussi pour les multiples relectures du manuscrit et l’entière
disponibilité dont vous avez fait preuve à chaque fois que j’ai eu besoin de vous.
Je tiens à remercier Stéphane Raël, mon troisième encadrant pour son attention et sa
précieuse aide lors de la mise en place du banc d’expérimentation, un grand merci aussi à
toute l’équipe du LAII de Poitiers pour leur accueil durant les semaines passées avec eux.
Je remercie les membres du jury, MM. Sedik Bacha et Mohamed Machmoum,
rapporteurs de ma thèse, ainsi que MM. Bernard Multon et Jean-Paul Gaubert, pour avoir
accepté d’évaluer mon travail ainsi que pour leurs remarques constructives.
Durant une thèse, un facteur non moins important pour la réussite des travaux est le
facteur humain. A cet effet, je tiens à remercier tous mes collègues de labo à La Rochelle et à
Nancy : Tatiana, Anna, Mohamed, Dhaker, Habib, Mathieu, Franck, Arnaud, pour la bonne
ambiance et l’entente qui ont régné durant ces quelques années.
Il n’y a pas que la thèse dans une vie de doctorant, alors un grand merci à la JLB (Big Lio,
Le Pouilleux, Serge, Jack Bauer, Baud, Bottes…), à Cédric, Bertin, Segno, Seko, Laky, Nadine,
Christian, Marie-Christelle… merci d’avoir été là et merci à tous ceux que j’aurais pu oublier
de citer ici.
Enfin, merci à ma famille, à vous qui m’avez soutenu et avez su être mon inspiration
quand j’avais des baisses de régime. Merci à Dénise et Waste, Valérie et Dieudonné,
Françoise et Bertin, à Papa, Assétina, Hilmata, Amata et Waké, et merci à toi Maman, même
si tu n’es plus parmi nous, ton œuvre continue.
TABLE DES MATIERES
TABLE DES MATIERES ............................................................. 5
INTRODUCTION GENERALE .... 1
1. L’ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE : PRODUCTION ET STOCKAGE ......... 5
1-1. Introduction .............................................................................................................. 7
1-2. Production de l’énergie électrique photovoltaïque.................................................. 8
1-2-1. Le rayonnement solaire ..................................................................................... 8
1-2-2. Le générateur photovoltaïque ......................................................................... 10
1-3. Synthèse des différents dispositifs de stockage ..................................................... 21
1-3-1. Caractéristiques déterminant le choix d’une technologie de stockage .......... 21
1-3-2. Moyens de stockage, comparaison ................................................................. 22
1-4. Stockage de l’énergie électrique photovoltaïque ................................................... 25
1-4-1. Principe du stockage hybride dans les systèmes électriques .......................... 25
1-4-2. Batteries au plomb : fonctionnement et performances .................................. 27
1-4-3. Stockage électrique : les supercapacités ......................................................... 31
1-5. Conclusions ............................................................................................................. 35
2. MODELISATION DU SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE AVEC STOCKAGE 37
2-1. Introduction ............................................................................................................ 39
2-2. Synthèse des architectures de systèmes photovoltaïques autonomes ................. 39
2-2-1. Alimentation directe sans transformation ...................................................... 40
2-2-2. Alimentation directe avec transformation ...................................................... 40
2-2-3. Système autonome avec stockage .................................................................. 40
2-3. Dimensionnement énergétique du système photovoltaïque ................................. 41
2-3-1. Profil de consommation ................................................................................... 41
2-3-2. L’ensoleillement ............................................................................................... 42
2-3-3. Dimensionnement du système PV ................................................................... 43
2-4. Modélisation des composants du système ............................................................. 45
2-4-1. Le générateur photovoltaïque ......................................................................... 45
2-4-2. Les convertisseurs d’énergie............................................................................ 48
2-4-3. Le dispositif de stockage .................................................................................. 53
2-4-4. Le système de supervision ............................................................................... 56
2-5. Simulation du système photovoltaïque : évaluation des performances du système
de stockage ........................................................................................................................... 58
2-5-1. Caractéristiques du système PV autonome ..................................................... 58
2-5-2. Simulation du système complet sous Matlab-Simulink ................................... 59
2-6. Conclusions ............................................................................................................. 67
3. OPTIMISATION DE LA GESTION D’ENERGIE DANS LE SYSTEME
PHOTOVOLTAÏQUE COMPLET ..................................................... 69
3-1. Introduction ............................................................................................................ 71
3-2. Recherche du point de puissance maximale du générateur photovoltaïque......... 71
3-2-1. Synthèse des différentes techniques de maximisation de la puissance ......... 71
3-2-2. Développement d’un algorithme de maximisation de la puissance à pas auto-
adaptatif ..............................