Optimisation des systèmes photovoltaïques : vers une meilleure efficacité et une performance sans défaut

Optimizing PV systems : towards better efficiency and faultless performance

• Auteur / Autrice : Khaled Alosmani
• Direction : Thierry Lemenand, Bruno Castanier, Mohamad Ramadan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique-Thermique
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes (EA7315) - Laboratoire Angevin de Recherche en Ingénierie des Systèmes / LARIS
• Jury : Président / Présidente : Chérif Larouci
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Ducroquet, Detlef Schulz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement solaire

Générateurs photovoltaïques

Maintenance conditionnelle

Efficacité

Systèmes photovoltaïques

Mots clés libres

Performance photovoltaïque

Amélioration de l'efficacité

Ombrage partiel

Hotspots

Maintenance préventive

Maintenance préventive

Enhancing efficiency

Partial shading

Hotspots

Preventive maintenance

Résumé

Les systèmes photovoltaïques (PV) recèlent un potentiel important pour permettre la transition vers un avenir neutre en carbone dans la production d’électricité. En raison de l’abondance de l’irradiation solaire et du fonctionnement statique et silencieux des systèmes PV, ils peuvent constituer une puissante source d’énergie alternative. Cependant, les systèmes PV sont souvent confrontés à divers scénarios de défaillance, principalement dus à des conditions environnementales indésirables. Les conditions d'ombrage partiel en particulier ont de graves conséquences sur les modules PV. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de présenter dans un premier temps une revue de littérature approfondie et récente qui clarifie concrètement les impacts négatifs liés à l’irradiation sur la performance des systèmes PV. Par conséquent, quatre études sont établies pour compenser ces effets, en commençant par une nouvelle approche d’optimisation dynamique de l’angle d’inclinaison des panneaux PV. De plus, un chargeur solaire complet est conçu pour les systèmes PV hors réseau, ce qui optimise le processus de charge des systèmes de stockage d'énergie. En outre, une nouvelle modification de l'algorithme Particle Swarm Optimization (PSO) basé sur les mécanismes pathogènes du diabète de type 1 (T1D), est élaborée et vise à extraire la puissance maximale disponible d'un générateur PV dans des conditions sévères d'ombrage partiel. Enfin, une étude de faisabilité est menée pour tester l’applicabilité des traqueurs solaires en fonction des zones géographiques d’installation des systèmes PV.

Photovoltaic (PV) systems hold a significant potential for enabling the shift towards a carbon-neutral future in power production. Due to the abundance of solar irradiance, the static and silent operation of PV systems, they can constitute a powerful alternative power supply. However, PV systems are often confronted with various faulty scenarios, mainly due to undesired environmental conditions. Partial shading conditions specifically, have severe consequences over PV modules and are also hard to detect and identify. In this context, the aim of this study is to first present a thorough and recent literature review that concretely sheds light over the irradiance based negative impacts on the performance of PV systems. Consequently, four studies are established to compensate such effects, starting with a novel approach in dynamically optimizing the PV panels’ tilt angle in order to increase the direct normal irradiance at their surfaces. Moreover, a complete solar charger is designed for off-grid PV systems which optimizes the charging process of energy storage systems. Additionally, the third study corresponds to a novel modification of the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm based on the pathogenic mechanisms of Type 1 Diabetes (T1D) disease, which aims to extract the maximum available power from a PV array under severe partial shading conditions. Finally, a feasibility study is conducted to test the applicability of solar trackers according to the geographical zones of PV systems’ installation