Optimisation et gestion des flux énergétiques d'un générateur solaire photovoltaïque

par Ahmad Ghamrawi

Thèse de doctorat en Laboratoire d'Informatique et d'Automatique pour les Systèmes

Sous la direction de Jean-Paul Gaubert.

Soutenue le 07-12-2018

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018) , en partenariat avec Laboratoire d'informatique et d'automatique pour les systèmes - LIAS (Poitiers) (laboratoire) , École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers) (faculte) et de Laboratoire d'Informatique et d'Automatique pour les Systèmes / LIAS (laboratoire) .

Le président du jury était Ionel Vechiu.

Le jury était composé de Jean-Paul Gaubert, Driss Mehdi, Nezha Maamri-Trigeassou.

Les rapporteurs étaient Ahmed Rachid, Jean-Christophe Olivier.

mots clés

• Énergie renouvelable
• Générateur photovoltaïque
• Convertisseurs DC-DC
• Convertisseur quadratique
• Systèmes hybrides à commutation
• Stabilité de Lyapunov
• Algorithme MPPT
• Énergies renouvelables
• Générateurs photovoltaïques
• Convertisseurs continu-continu
• Systèmes dynamiques hybrides
• Liapounov, Stabilité de

Résumé

Cette thèse s'inscrit sur une thématique de recherche dédiée aux systèmes de production d'énergie solaire photovoltaïque. En effet, les besoins énergétiques mondiaux sont en croissance continue, l’exploitation et la consommation des énergies fossiles épuisent des ressources limitées et impactent notre environnement. L’énergie solaire photovoltaïque représente une source d'énergie renouvelable des plus prometteuse, même si ses inconvénients demeurent le coût élevé d'installation initiale et la variabilité de sa production. Les travaux présentés visent surtout à optimiser le rendement énergétique global d'un système solaire photovoltaïque non connecté au réseau. Ainsi, ce travail de recherche se focalise sur l’architecture de la chaîne de conversion avec l’intégration de convertisseurs élévateurs DC-DC conventionnel et quadratique et sur une optimisation des algorithmes de recherche du point de puissance maximale lors de variations des conditions climatiques. La modélisation et l’analyse de ces convertisseurs élévateurs sont conduites sous forme de systèmes à commutation afin de proposer une commande stabilisante aux points d’équilibre selon la définition de Lyapunov. Des résultats de simulation sous Matlab/SimulinkTM sont exposés, attestant la maximisation de la puissance électrique récupérée et la stabilité pour le point de fonctionnement. Des résultats expérimentaux, issus du banc expérimental du laboratoire LIAS, viennent corréler et confirmer l'intérêt des approches proposées.

mots clés

• Renewable energy
• Photovoltaic system
• DC-DC converters
• Quadratic converter
• Switched affine systems
• Lyapunov stability
• MPPT algorithm

Titre traduit

Optimization and energy power flow management of a solar photovoltaic generator

Résumé

This thesis in part of research thematic dedicated to photovoltaic solar energy production's systems. In fact, energy demands in the world are continuously increasing, the fossil fuels exploitation depletes limited sources and impact our environment. Solar photovoltaic energy represents one of the most promoted renewable energy sources, even if its drawbacks remain its installation’s high initial cost and its production’s variability. The main object of the presented work is to optimize the global efficiency of a stand-alone photovoltaic system. In that respect, this research focuses on the architecture of the conversion chain by integrating DC-DC conventional and quadratic boost converters and on the optimization of maximum power point tracking algorithms during fast changing weather conditions. These converters are modelling as switched affine systems to propose a switching rule that stabilize the operating point according to Lyapunav theory. Several simulation results using Matlab/SimulinkTM are given to declare the maximization of the extracted electrical power and the stability of the operating point. Experimental results recuperated on a test bench in the laboratory LIAS backed and confirmed the interest of the proposed approaches.