Nouvelles architectures distribuées de gestion et de conversion de l'énergie pour les applications photovoltaïques

New distributed architecture of power management for photovoltaic applications

• Auteur / Autrice : Stéphane Petibon
• Direction : Corinne Alonso, Bruno Estibals
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopiles

Traitement réparti

Conversion photovoltaïque

Systèmes photovoltaïques

Mots clés libres

Électronique de puissance

Convertisseur DC-DC

Micro-convertisseurs

Architecture distribuée

Photovoltaïque

Énergies renouvelables

Cellules solaires

Cellules tandems

Résumé

Les recherches actives sur les matériaux photovoltaïques et sur les systèmes de gestion de cette énergie sont à la base de ces progrès constants. Le LAAS travaille depuis plusieurs années dans cette optique d'amélioration et d'optimisation de l'énergie électrique produite par les systèmes solaires photovoltaïques. L'insertion d'un étage d'adaptation entre un générateur photovoltaïque (PV) et une charge optimise le transfert d'énergie. Ainsi, cet étage, commandé par une MPPT (Maximum Power Point Tracking), permet de rechercher en permanence le point maximum de puissance délivré par le module PV. Afin d'accroître encore les performances énergétiques des systèmes solaires, cette thèse s'est délibérément orientée vers une architecture fortement distribuée. Cette approche, consistant à répartir la gestion du générateur PV, permet de se rapprocher au plus près de la production photovoltaïque et ainsi en optimiser la puissance électrique globalement produite. Pour cela, nous avons développé des prototypes de micro-convertisseurs dédiés aux applications faibles puissances photovoltaïques. Les mesures journalières effectuées nous ont permis d'étudier avec précision l'intérêt de l'architecture distribuée et d'obtenir des résultats de validation montrant les perspectives à venir. Plusieurs solutions d'architectures se dégagent avec différents bilans des gains énergétiques qu'elles apportent.

The active research on materials and photovoltaic systems management of this energy are the basis of this progress. LAAS laboratory has been working for several years in this context of improvement and optimization of electrical energy produced by photovoltaic array. Much work has shown the benefit to insert an adaptation stage between the photovoltaic arrays (PV) and load in order to optimize the energy transferred. This stage, controlled by an MPPT (Maximum Power Point Tracking), allows to always searching the maximum power delivered by the PV module. To increase yet the energy performance of solar systems, new works were directed towards a highly distributed architecture. This approach, consisting in dividing the PV generator into several parts, helps to bring closer photovoltaic cells and thus maximize the electrical power they can produce. In this works, we have developed prototypes of micro-converters dedicated to low power photovoltaic applications. A new test bench has been built to make energy balances of different systems used over periods of one or more days of operation. These measures have enabled us to study with precision the benefit of the distributed architecture and obtain validation results showing future prospects.