Optimisation énergétique de l'étage d'adaptation électronique dédié à la conversion photovoltaïque

Optimisation of the power conversion electronic stage associated to photovoltaic systems.

• Auteur / Autrice : Cédric Cabal
• Direction : Corinne Alonso, Angel Cid Pastor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande électronique

Conversion photovoltaïque

Générateurs photovoltaïques

Mots clés libres

Conversion d'énergie optimisée

Générateur photovoltaïque

Commande MPPT

Convertisseur statique

Semigyrateur de puissance

Mode interleaving

Résumé

Une chaîne de conversion photovoltaïque signifie aujourd'hui un générateur photovoltaïque (GPV) connecté à une charge par l'intermédiaire d'un convertisseur. Selon l'application visée, l'énergie photovoltaïque est soit utilisée telle quelle par la charge, soit stockée ou bien injectée directement au réseau électrique. L'optimisation de la production de cette énergie reste encore du domaine de la recherche et beaucoup d'innovations sont encore nécessaires pour en faire une énergie fiable. De nos jours, les axes de recherche pour augmenter la production de cette énergie sont principalement focalisés sur l'extraction de la puissance maximale, mais très peu de solutions sont proposées pour améliorer l'efficacité énergétique de la chaîne de conversion dans son ensemble. Cette thèse est focalisée sur l'optimisation des performances des étages d'adaptation. Ainsi, des améliorations sont proposées sur les différentes parties constituant la chaîne de conversion. Le haut degré d'intégration et la flexibilité apportés par le domaine digital nous ont poussés vers la numérisation de commandes MPPT élaborées sur le principe de commande extrémale. L'amélioration de l'étage de conversion est illustrée au travers de deux structures, inspirées de méthodes couramment utilisées dans les applications de fortes puissances comme la mise en parallèle de convertisseurs DC-DC fonctionnant en mode interleaving. De nouvelles propriétés, intrinsèques à des structures semigiratrices de puissance, renforcent l'étude. Une nouvelle architecture basée sur la discrétisation de chaque générateur photovoltaïque est ainsi proposée comme pouvant être le meilleur compromis en terme de transfert d'énergie solaire.

A power conversion chain for photovoltaic systems is based on a cell association forming a photovoltaic generator (GPV). This cell association is connected to a load by means of a static converter. Depending on the required application, the photovoltaic energy is consumed by a load, stocked or injected into the grid. Thus, the energy-production optimization is still an essential research axe and significant innovations are demanded to obtain a reliable energy source. Nowadays, these research axes are oriented to increase the energy production obtaining the maximal power on the photovoltaic module terminals. Hence, the literature proposes a large quantity of control algorithms to track constantly the MPP. However, a limited number of solutions are proposed to improve the global efficiency of the conversion chain. This dissertation is focus on the optimization of the performances of these adaptation stages. Thus, some improvements of the chain conversion are proposed. Hence, the high integration level and the improved flexibility obtained thanks to digital technologies leads our research objectives towards the digital implementation of the MPPT based on the extremum-command seeking. The conversion stage improvement is based on two structures based on present architectures used in high-power systems like parallel DC-DC converters in interleaving mode. Moreover, some intrinsic semigirator proprieties substantiate our study. On the other hand, a new architecture is also presented during this dissertation. This new system is based on the discrete model of each photovoltaic generator. Therefore, this structure seems to present the best trade-off in terms of photovoltaic energy transfer.